煤自燃火灾具有氧化自燃、阴燃、隐燃和复燃等特点,通常发生在煤矿采空区内具有较好氧化蓄热条件的地方,火源点隐蔽性强、不易探测与定位,有时还会诱发复合灾害和次生灾害,防控难度大;我国大部分矿区的煤层属于易自燃或自燃煤层,绝大多数煤矿火灾是由煤氧化自燃引起的。因此,在煤矿火灾研究方面,煤氧化自燃转变机理是研究的重中之重,是制定煤矿火灾防控措施、开发煤矿火灾防治新技术的基础和依据。在煤氧化自燃机理研究方面,国内外相关研究人员分别从宏观、微观或二者结合的角度,开展了大量卓有成效的工作,有力的推动了煤自燃理论的进步与发展。但囿于煤氧化自燃转变过程和机理的复杂性,以及研究方法和实验手段的局限性,煤氧化自燃机理还有待进一步完善和发展,研究方法和实验手段也亟需创新与进步。鉴于此,论文提出了煤氧化自燃临界转变特性的研究课题,结合煤质分析方法、基于在线红外热像RGB值的表征方法、探针式原位红外分析方法和高温热辐射方法等,对煤氧化自燃临界转变特性开展了综合实验研究。首先,煤组成成分的不均一性、微观结构的不确定性以及自燃过程的复杂性和众多的影响因素,是开展煤氧化自燃机理研究的主要障碍之一。煤不像那些具有明确分子结构和分子量的物质,可以直接从分子层面或微观角度进行特性分析。因此,开展煤氧化自燃临界特性的实验研究,在没有准确的煤分子结构和分子量等信息的支持下,就需要详细掌握煤质和煤的宏观特性等数据信息。鉴于此,论文严格按照实验需求,进行了煤样的采集与惰性制备,对煤的工业分析、元素分析、着火点温度和发热量等进行了实验测定,对煤的自燃倾向性和煤尘爆炸性进行了实验鉴定,为后续开展煤氧化自燃临界转变特性的实验研究工作提供基础数据支撑。其次,采用基于在线红外热像RGB值的表征方法,对煤氧化自燃临界转变特性进行研究。基于敞开式煤氧化升温环境,通过综合分析RGB值随温度或时间的变化规律,来表征煤氧化自燃临界转变过程和特性。研究表明:煤氧化自燃过程中的红外热像RGB值与反应时间或煤温之间存在对应关系,不同自燃倾向性的煤种之间RGB值曲线的光滑程度也具有明显差异,即越容易发生氧化自燃的煤种,其RGB值曲线就越光滑。据此划分了基于煤氧化自燃临界转变特性的5个临界特征温度区间,分别为蓄热期、蓄热—自热临界期、自热期、自热—自燃临界期和自燃期,并确定了各个特征温度区间的具体范围和对应的临界特征温度。从RGB值和温度的角度,对煤氧化自燃临界转变特性进行了表征与分析。此外,结合RGB曲线的特征和曲线光滑程度,探索了一种基于在线红外热像表征方法的典型煤种自燃倾向性判定方法。再次,采用探针式原位红外光谱分析方法,对煤氧化自燃临界转变过程中官能团的变化规律进行研究。基于敞开式煤氧化升温环境,分析了煤氧化自燃的蓄热期、蓄热—自热临界期、自热期、自热—自燃临界期和自燃期等不同特征阶段的官能团变化规律。研究表明:褐煤在蓄热期内主要发生物理吸附,在蓄热—自热临界期部分含氧官能团和脂肪烃被脱除,在自热—自燃临界期芳香烃发生开环断裂反应,并在自燃期被氧化,产生脂肪烃和含氧官能团;烟煤发生含氧官能团脱除和脂肪烃侧基断裂反应的临界特征温度比褐煤高,在蓄热—自热临界期内羟基和醚基断裂,产生强度较高的醌基官能团;无烟煤芳香化程度较高,含氧官能团及脂肪烃侧链均在升温氧化过程中表现出较高的热稳定性。最后,针对煤矿采空区火灾发生前局部存在高温点,在一定条件下高温点通过热辐射向周围煤体辐射热量并引燃煤体的实际情况,采用高温热辐射方法,就高温热辐射对煤氧化自燃转变特性的影响进行了实验研究。研究表明:（1）煤的着火时间均随热辐射值的增大而减小,烟煤的着火时间始终小于褐煤的着火时间;值得注意的是,在该实验的条件下,无论热辐射值如何增大（最大50 kW/m2）,无烟煤始终没有出现明火燃烧;（2）除褐煤在15 kW/m2热辐射值下热释放总量最高之外,煤的热释放速率峰值和热释放总量均随热辐射值的增大而增大;且在相同热辐射值下,无烟煤、烟煤和褐煤的热释放速率峰值和热释放总量依次升高;（3）随着热辐射值的增大,褐煤和烟煤的总烟释放量呈起伏上升趋势,无烟煤的总烟释放量增大;三种煤的烟释放速率峰值均随着热辐射值的增大而增大;（4）对于煤的一氧化碳产生速率峰值,随着热辐射值的增大,褐煤呈起伏变化、总体保持稳定,烟煤呈先增大后减小变化,无烟煤则持续增大;对于一氧化碳释放总量,随着热辐射值的增大,褐煤总体上呈起伏减小趋势,烟煤和无烟煤呈先增大后减小变化;（5）煤的二氧化碳产生速率峰值均随热辐射值的增大总体上呈起伏增大变化;对于煤的二氧化碳释放总量,随热辐射值的增大,褐煤总体上呈起伏减小变化,而烟煤和无烟煤则呈增大变化。因此,高温热辐射对煤氧化自燃进程具有明显的促进作用。论文研究成果对于丰富和完善煤氧化自燃过程与机理的理论体系、有效防控煤矿火灾事故、开发煤矿火灾事故防控新技术、保障煤矿作业工人的生命安全等具有重要意义。