随着高硫煤资源需求量和开采量逐年增长,在高硫煤开采和生产过程中产生的煤矸石数量逐渐增加,含高硫煤矸石山堆积和自燃引起的环境污染问题日益严重。针对含高硫煤矸石开展自燃理论及防治技术研究对降低含高硫煤矸石自燃危险性和保护生态环境有重要意义。含高硫煤矸石自燃的本质是高硫煤的自燃,本文首先分析高硫煤中各硫分氧化特性对高硫煤和含高硫煤矸石自燃的影响,分析高硫煤和含高硫煤矸石自燃机理及影响因素;其次,构建高硫煤自燃过程的氧化动力学模型,研究高硫煤粉与氧气发生的缓慢氧化反应过程,分析不同工况下高硫煤自燃热力学及产物特性;最后,构建煤矸石山自燃传热数学模型,研究煤矸石山自燃动态演变过程,分析环境条件对煤矸石山温度场特性的影响。结果表明:1)含高硫煤矸石自燃危险性高的原因是高硫煤中黄铁矿硫的存在。煤自燃危险性随着高硫煤中含硫比例增加而升高,随着含硫比例增加,煤氧反应炉内温度明显升高,局部区域热量积聚现象明显,但影响程度随着含硫比例增加而逐渐变小。煤自燃危险性受含煤比例和氧气浓度影响较大,堆积含高硫煤矸石之前应尽量处理回收煤矸石中高硫煤,并采用封堵技术隔绝煤矸石与空气接触。2)相比于N₂,CO₂对高硫煤氧反应影响更高,降温效果更好,可降低煤自燃危险性。黄铁矿硫活性在湿润环境下才能显现。在湿润环境中高硫煤自燃危险性变高,随着湿度增加,煤自燃危险性逐渐增大,但影响程度逐渐变小。因此,应谨慎选择注水灭火技术防止煤矸石二次发火,并采取封堵技术控制环境湿度。3)随着堆积时间的推移,煤矸石山温度逐渐升高。当环境温度达到着火温度后,可能引发整座煤矸石山自燃发生。煤矸石和黄土分层堆积可有效降低煤矸石自燃危险性,煤矸石自燃危险性随着黄土分层厚度的增加而降低。在堆积煤矸石山过程中可与黄土分层堆积以降低煤矸石自燃危险性。4)孔隙率影响煤矸石孔隙内气体渗流和扩散流动以及高温区域与其他区域之间的对流换热,随着孔隙率增大,煤矸石自燃危险性逐渐增大,在煤矸石自燃防控中可采取压实煤矸石等措施减小孔隙率从而控制热量传递。煤矸石自燃危险性随着堆积高度增加而增大。所以,可通过适当降低煤矸石山高度防止煤矸石自燃发生。该论文有图37幅,表12个,参考文献102篇。