近年以来,随着我国工业化的不断推进,水电、核电、风电等清洁能源所占比例越来越大,但煤炭仍处于主体地位。煤自燃引起的火灾事故是煤炭开采及运输过程中常见灾害之一,不仅造成煤炭资源浪费,而且对煤矿工人生命安全造成严重威胁。低温氧化反应是煤自燃初始阶段主要化学反应之一,该阶段常常伴随着多种指标气体的出现,因此,可以通过这些指标性气体的变化规律来预测煤自燃的氧化状态,以便对煤自燃进行准确地预测和预报。本课题引入激光原位光谱诊断技术,开展了大同煤样的煤自燃指标气体检测方面的研究工作,其主要的研究工作如下:（1）从Beer-Lambert定律出发,阐述了常见的光谱线型、波长调制理论,并根据煤自燃氧化规律,优化了指标气体及谱线的选择;同时分析了煤自燃发火过程,研究了煤结构的反应活性、结构特点及氧化反应过程。（2）研制了一套高灵敏激光光谱煤自燃指标气体传感器。采用中心波长为2327 nm的单激光器作为激光光源,实现了CH₄和CO指标气体的同时测量。以Cortex-H7内核为控制运算器,自行设计了数字滤波和锁相放大器,实现了对光谱信号的数字解调。标定实验表明,CH₄和CO的线性度分别为0.99857和0.99959,Allan方差分析表明,CH₄和CO探测灵敏度分别为62.4449 ppb和0.1899 ppb。（3）研制了煤自燃氧化指标气体原位探测实验系统。基于高灵敏激光光谱煤自燃CH₄和CO指标气体传感器,利用USB虚拟串口技术,采用Labwindows虚拟仪器编程语言,开发了CH₄和CO气体浓度的实时采集、显示和存储软件程序,实现了1f和2f解调信号同步解调。（4）通过自行研制的测量系统对大同煤矿的三种原煤样本进行了程序升温的低温氧化和等温氧化实验。在程序升温氧化实验中,升温速率为5℃/30 min,温度范围为30～200℃,三种样本质量均为100 g,升温氧化时间均为17 h。升温氧化实验表明,当三种样本的温度分别达到70℃时,氧化产物中有较为明显的CH₄,1#到3#煤样的CH₄浓度分别为3.3 ppm、1.5 ppm、4.4 ppm,温度达到100℃的时候有较为明显的CO出现,浓度分别为3.7 ppm、2.2 ppm、3.2 ppm。在等温氧化实验中,温度保持在100℃,其他实验参数和升温氧化实验相同。结果表明,在温度达到设定值并保持稳定后,在三种煤样的气体产物中,CH₄和CO的浓度随着时间缓慢降低,氧化反应会逐渐趋于缓慢。