煤炭学报

作者：王凯, 李全芳, 邓军, 李鑫,

关键词：平行反应, 官能团, 变质程度, 特征温度, 自由基,

煤自燃是多步平行反应协同放热并积聚的结果，其放热特性与微观活性结构演化密切相关。为揭示煤自燃多步平行反应路径，采用差示扫描量热、傅里叶原位红外试验与电子顺磁共振试验等手段，测试了变质程度由低到高的4种煤样(SYS、ZJM、YZ、LF)氧化升温过程中官能团与自由基演变特征。结果表明：4种变质程度煤自燃过程均存在脱水脱气、吸附氧气、氧化分解、气相燃烧、固相燃烧等5类平行反应序列，其放热曲线变化及特征温度点偏移与平行反应序列的叠加竞争有关。不同变质程度煤样的活性结构分布差异影响氧化自燃的反应路径，随着变质程度的升高，煤样氧化分解温度降低、燃点温度滞后。不同平行反应序列对煤自燃放热变化的贡献存在差异，脱水脱气与吸附氧气物理反应序列对煤自燃热量变化的贡献率十分微小，在2%左右。氧化分解反应对SYS煤样放热贡献率达67.4%，而气相与固相燃烧反应序列在ZJM、YZ和LF煤样中占据主导地位。ZJM和YZ煤样因放热型反应序列的叠加呈现双放热峰特征，升温速率提高会延迟特征温度但增强了燃烧强度。各阶段官能团与自由基的定性定量分析表明了煤自燃过程中的平行反应类型与协同作用机制。反应初期，羟基和脂肪烃与物理吸附氧反应生成氢过氧化物—OOH，自由基浓度先降后升，煤样热流曲线呈现微小吸热峰；随着温度升高，氧化分解反应占据主导地位，α位带羟基的次乙基键与氧气反应生成醚键，过氧化物大量分解，自由基浓度增长1.8倍左右。其中，中等变质程度的ZJM和YZ煤样因氧化分解反应放热，其热流曲线呈现肩峰。中高温阶段，芳环吸附氧形成的过氧化物前驱体裂解产生羰基，脂肪链断裂促使自由基浓度达到峰值。高温阶段，气相燃烧主导反应，C=O持续呈现高吸光度，芳烃—CH峰面积比衰减60%左右。研究阐明了煤自燃平行反应序列类型及微观活性结构演变规律，明确了平行反应序列的作用路径及煤自燃放热关键官能团。

来源：2026年第2期

《煤炭学报》期刊编辑部

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