采空区中的浸水风干煤体,在煤体的内外表面进行着不同程度的多元混合气体动态竞争吸附解吸过程,煤体孔隙结构、所含物质成分的种类及数量均有不同程度的变化,这对煤体自燃氧化过程产生很大影响。特别是不同浸水时长风干煤体,浸水时间的长短对于孔隙的打开和扩张有着不同的影响,从而影响着煤体表面空间上气体的附着和竞争吸附。本文选用未浸水的原煤和一个月、三个月、五个月浸水风干煤样,基于高温高压气体吸附平台和常温常压吸附仪研究了煤体对甲烷、氧气、氮气以及混合气体的吸附规律,在不同甲烷氧化气氛下煤的自燃氧化模拟实验平台基础上,利用电子自旋共振波谱仪和傅里叶变换红外光谱仪,来开展在不同甲烷氧化气氛下自燃氧化过程中自由基浓度,脂肪烃,芳烃和含氧官能团等微观理化特性的研究。获得以下主要结论:随着浸水时长的增加,在常压下浸水风干煤对甲烷,氧气,氮气,混合气体的吸附量逐渐增加。同时发现浸水时长对甲烷吸附量的影响是要大于氧气和氮气的。对不同甲烷浓度的混合气体的吸附量是随着混合气体中甲烷浓度升高而增加。由此推测由于甲烷与氧气/氮气竞争吸附更具有优势,从而表现为甲烷浓度越高,吸附混合气体量越多。浸水风干煤g因子值随氧化温度升高逐渐上升。三种不同浸水时长风干煤g因子值均在甲烷浓度0%-15%阶段g因子变化较为平稳,15%-35%阶段快速增长,而到了甲烷浓度达到35%之后,g因子值的变化保持增长缓慢。40℃、130℃、220℃三种不同温度下g因子随甲烷浓度的增加速率,五个月浸水风干煤的g因子的增加速率要大于三个月、一个月。一个月浸水风干煤的自由基浓度随着甲烷浓度的变化呈现阶段性特征:甲烷浓度低于35%,自由基浓度随甲烷浓度的增加快速降低,且降低幅度随氧化温度的升高而增大,甲烷浓度高于35%后,自由基浓度降低趋势放缓,自由基浓度的变化可以说明甲烷对自由基的生成有一定的影响。对于三个月和五个月浸水风干煤来说,临界甲烷浓度点相对一个月的35%有所提前,五个月差不多是25%。对于一个月浸水风干煤,随着甲烷浓度的增大,-CH₂-,-CH₃的初期降低阶段逐渐减弱直至消失。三个月浸水风干煤的脂肪烃与一个月的脂肪烃有着相似的变化规律。而五个月浸水风干煤从25%开始,脂肪烃百分比从氧化初期便开始上升。一个月浸水风干煤下,芳烃-CH的谱峰面积百分比在不同甲烷气氛下随着氧化温度的升高都逐渐下降,但下降速率随着甲烷浓度的增加逐渐变缓。观察三个月和五个月浸水风干煤与一个月浸水风干煤有着相似的规律,三种不同浸水时长风干煤都保持着下降的趋势。-OH开始氧化后迅速减少,而随着甲烷浓度的增加,-OH的降低幅度在减小。比较这三种浸水风干煤在40℃-85℃和85℃-130℃这两个阶段的下降速率,一个月浸水风干煤在氧化初期的-OH的下降速率明显大于三个月和五个月。在干空气中氧化时,-C-O含量在120℃之前基本上保持不变,氧化温度超过120℃后开始快速增加,随着甲烷浓度的增加,-C-O含量快速增加阶段大幅度提前,可以说明-C-O官能团的生成与甲烷存在一定的关系。五个月浸水风干煤的醚氧键峰面积百分比要大于三个月、一个月,但是增长并不显著。一个月浸水风干煤的-COOH在40℃-120℃快速减少,随着甲烷浓度增加,降低速率减缓明显。三个月相对一个月在初期的降低速率进一步减缓。五个月浸水风干煤初期降低速率减缓更为明显,并且没有出现-COOH含量上升的情况。本文构建了以多元气体吸附,自由基以及官能团等理化特性的研究为一体的体系,为气体吸附和煤自燃氧化的交互影响提供了新的研究思路,同时对长期浸水风干煤自燃灾害的防治具有重要意义。该论文有图32幅,表12个,参考文献95篇。