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煤炭自燃是煤矿开采、储存、运输过程中的主要灾害之一,这种长期存在的现象所导致的安全隐患、资源损失和环境问题受到广泛关注。近年来,我国中西部自燃、易自燃煤层多采用大型集约化开采,采空区空间扩大、漏风严重且复杂,亟需一种经济高效的惰气源来应对高强度开采条件下的采空区防灭火难题。同时,各煤炭产区均建设有一定数量的坑口电厂,燃煤发电过程中产生大量低氧烟气。基于以上背景,发展电厂烟气防火与封存技术,可以实现灾害治理和节能减排的双重效益。本文对电厂烟气预防遗煤自燃机理及其吸附封存特性进行了系统的实验分析,研究成果对电厂烟气防火与封存技术参数的合理确定和注气过程优化设计具有一定的指导意义。本研究以不同煤种的自燃特性、气体吸附特性和烟气防火机理三者的耦合关系为切入点,以不同体积分数的CO2/N2/O2多元混合气代表电厂烟气注入采空区后形成的气体环境,利用自制程序温控动态吸附实验装置,结合改进的原位TG-DSC同步热分析方法,分别对常温以及煤自燃升温过程中涉及的多元气体动态吸附特性和煤耗氧放热等热动力学特征进行分析。通过常温常压下CO2/N2/O2三元气体动态吸附实验发现,不同自燃倾向等级煤的CO2吸附选择性分别是O2、N2的6.04～14.06倍和13.5～37.4倍。这意味着低氧烟气注入采空区不仅可以稀释漏风中氧气,形成惰化环境抑制煤氧反应,而且,烟气中CO2会在煤表面和孔隙内部大量吸附并驱替N2、O2,阻碍和延缓O2与煤表面接触,形成对煤氧反应的阻化作用。在不同氧浓度（4%、8%、12%、16%）情况下,CO2（4%、8%、12%、16%）使 HJ、ST、HQL 煤的 16h 累积吸氧量分别降低了 6.26%～19.63%、8.19%～22.36%和 7.23%～29.37%。结合煤孔隙结构表征结果分析发现,随着自燃倾向等级升高,煤的孔隙结构更为发育,具有更大的比表面积和丰富的表面活性结构,使煤的吸氧量和CO2吸附量均大幅增加,由于煤对CO2的吸附选择性远大于O2,CO2吸附量增长量是O2的数倍。因此,电厂烟气的阻化作用随煤自燃倾向等级升高而逐渐增强。程序升温氧化实验和TG-DSC同步热分析结果显示,电厂烟气在煤自燃低温阶段具有良好的阻化作用,实验组（CO2体积分数分别为4%、8%、12%、16%）煤氧化反应的耗氧速率和热功率及其随温度升高的增速均小于对照组,但温度升高至70℃左右时,实验组煤中吸附的CO2大部分已经解吸,煤氧化反应热功率开始加速升高,并在100℃左右超过对照组,这表明电厂烟气阻化作用失效,而且低温阶段被抑制的部分反应转移至高温阶段发生,会在一定程度上加速煤的自燃。在电厂烟气注入形成的4%～16%CO2环境中,温度升高至70℃时,HQL易自燃煤的耗氧速率降低了 4.5%～6.89%,氧化反应热功率降低22.3%～54.8%。煤氧化升温过程中CO2解吸稀释漏风中氧气使惰化效果增强,同时吸收煤氧化产生的部分热量,起到一定的降温作用。通过在实验混合气中加入少量氦气作为内标物,实现了程序升温动态吸附过程中各气体组分变化的精确定量分析。发现煤氧化升温过程中,N2、CO2、O2均出现不同程度的解吸,其中,CO2受温度变化的影响最为明显。随温度升高CO2解吸速率先线性增大后缓慢减小,解吸速率峰值温度出现在51.2～57.2℃,解吸峰值时释放CO2的稀释作用使O2体积分数降低了 4.73%～9.07%;同时,CO2解吸吸热使HQL样品氧化升温不同阶段的热功率大幅降低,煤温由35℃升高至70℃所需能量增加了9.31%～22.64%。通过CO2/N2二元气体动态吸附实验,分析了不同自燃倾向煤的碳封存潜力及其影响因素。结果显示,常温常压下电厂烟气环境中（16%CO2）,HJ、ST、HQL干燥煤的CO2吸附封存量分别为1.14 m3/t、3.23 m3/t和4.52 m3/t。但煤中水分增加、环境温度升高以及低阶易自燃煤氧化反应均会使CO2的吸附封存量减小。其中,水分在煤孔隙结构中凝聚使有效孔隙减少,并与含O、S等官能团结合占据CO2优势吸附位,两者共同作用使CO2吸附量减小,最高降幅可达90%以上;环境温度升高使气体分子热运动加剧,CO2分子更容易脱离煤表面的束缚,在30℃～80℃区间,环境温度每升高1℃,HQL煤的CO2吸附量降低2.71%～2.35%;低阶易自燃煤表面活性基团氧化反应使与CO2亲和力较强的极性位点减少,导致HQL煤对电厂烟气中CO2的吸附量降低7.75%。该论文有图92幅,表20个,参考文献164篇。