一般认为无烟煤不易自燃,而阳泉矿区的高变质无烟煤层开采过程中时常遇到煤中非均质赋存的伴生硫铁矿物,导致煤自然发火,严重威胁着煤矿安全开采。论文以阳泉矿区4个典型工作面的煤作为研究对象,采用理论分析和物理模拟实验相结合的研究方法,研究了煤中内在黄铁矿、伴生硫铁矿物及其氧化产物对煤自燃的影响规律,揭示了伴生硫铁矿物诱发无烟煤自燃的机理。主要研究成果如下:实验研究得出,煤与伴生硫铁矿物中硫的赋存形态均以硫化铁硫为主,煤中含硫矿物为以自形晶、条带状、浸染状和团块状赋存的黄铁矿,煤中Fe与S元素空间位置一一对应。伴生硫铁矿物成分为黄铁矿,陨硫铁和针绿矾。从黄铁矿受热分解角度,得到煤中黄铁矿的转化温度低于伴生硫铁矿物的转化温度。采用物理浮选法制备具有不同含量内在黄铁矿的煤样,根据同步热分析实验得到,煤自燃危险程度随黄铁矿含量升高而增加。将伴生硫铁矿物及其氧化产物(Fe₂(SO₄)₃、FeS、FeSO₄和Fe(OH)₃)添加到煤中,发现煤的特征温度降低,增重量增加,放热量增强,活化能降低。氧化产物中,Fe₂(SO₄)₃和FeSO₄对煤的着火点降低幅度最大,为4.7~11.7℃。FeSO₄和FeS降低SO₂初始释放温度最多,约100℃。Fe(OH)3对煤的活化能影响最大,最多降低29.5%。利用自主搭建的具有湿度发生装置的程序升温实验系统,模拟了高湿环境下,内在黄铁矿含量、伴生硫铁矿物及其氧化产物对煤自燃气体生成量及耗氧量的影响规律,发现干、湿环境下煤的自燃危险性总体上随内在黄铁矿含量增加而增大。与干燥环境相比,潮湿环境下耗氧量,CO、CO₂、C₂H₄和C₂H₆生成量增加,CO初现温度降低,活化能降低。湿空气与伴生硫铁矿物复合作用强于湿空气或伴生硫铁矿物的单一影响。结合指标气体生成规律及活化能,得到Fe₂(SO₄)₃和FeS分别在干燥和潮湿环境下对煤自燃的促进作用最强。通过原位红外实验得到,内在黄铁矿、伴生硫铁矿物及其氧化产物对煤中官能团的影响。结合化学反应理论,揭示了伴生硫铁矿物诱发无烟煤自燃是以Fe作为自由基引发剂,以自由基不断循环生成/消耗和Fe₃₊-Fe₂₊氧化还原自循环作为关键路径,以此推动反应持续进行。伴生硫铁矿物诱发高变质无烟煤自然发火机理的研究,对其他易自燃的无烟煤矿区自然发火预测、构建防控技术体系具有重要意义。该论文有96图幅,表40个,参考文献212篇