中文摘要：

研究煤自然氧化各阶段表层结构变化、煤表面氧化产物生成发展和煤炭自燃倾向的介观表象，编录长焰煤等煤种自燃过程中表面介观共性变化规律的典型对比图谱，在此基础上探索建立"煤自燃倾向性及氧化程度介观鉴定法"的可行途径；研究包括煤成分和结构、煤表层温度、环境温度、氧浓度等因素对自然氧化过程的影响，初步建立包含热质交换过程的煤表面氧化反应动力学过程的分析模型，研究阻化剂在煤炭自然氧化中作用的介观特征，提出基于图谱的煤自燃倾向性和氧化自燃预测预报初步方法；通过本项目的研究可为煤炭自然氧化研究提供一项扫描探针显微镜结合气体测定分析的新方法，既有理论意义，又有指导工程实践的应用前景。为进一步深入了解煤炭自然氧化规律和新的预防煤炭自燃阻化技术提供理论依据。对探求有效地防止发生煤矿内因火灾事故新的技术方法，实现高产高效，避免事故造成的巨额财产损失，均具有重大的理论和实际意义。

结论摘要：

研制了用于煤样升温氧化过程的实验装置，采用原子力显微镜对煤样升温过程表面形貌进行介观尺度观测与研究，提出了介观尺度下研究煤表面升温氧化过程结构变化新的研究方法。 通过对铁法煤业集团等10个煤矿20余组自燃煤层煤样的实验研究，得出各煤样不同温度下介观尺度电子图谱200余幅。基于分形理论和AFM观测结果，分别采用了"小岛法"和功率谱法编制程序计算分形维数D，得到的分形维数与理论预测值一致。得到煤表面的分形维数都在2-3之间，煤升温氧化过程符合一定的分形规律，且随着温度的增加，表面分形维数呈增大趋势，而加入阻化剂CaCl2的煤样表面分形维数随温升氧化而升高速度降低。通过实验分析证明煤表面有明显的分形特征，得出反映煤自然特性的分形维数法。运用热重分析方法对7个煤矿煤样在不同升温速率下进行动力学实验研究。实验得出提高升温速率时TG曲线向高温方向偏移；升温速率增大，活化能值也随之增大，且采用较低的升温速率更有助于准确计算活化能。运用13C固体核磁共振技术分析出大明等煤从室温至300℃氧化过程中氧化产物的分子结构变化，用分峰拟合方法分析出煤分子中芳族碳、脂族碳的变化趋势，得到了大明煤低温氧化规律。