高瓦斯易自燃煤层深部开采过程中,瓦斯与煤自燃复合灾害已经成为制约矿井安全高效生产的重要因素。复合灾害的形成过程极为复杂且表现形式纷杂多样,严重制约了研究的深度及广度,导致对其系统性的研究较为匮乏。而煤体孔隙的结构及数量决定了CH₄、O₂和N₂等多元混合气体的物理吸附能力,是连接瓦斯灾害和煤自燃灾害的重要纽带。因此,本文针对有关煤自燃过程中孔隙演化规律及其影响因素以及孔隙演化对CH₄、O₂和N₂等多元气体吸附特性的影响展开研究。通过理论分析、物理实验及现场调研等研究方法,开展煤自燃过程中孔隙演变规律研究,揭示部分状况下瓦斯与煤自燃复合灾害的致灾机理,为科学地制定切实可行的复合灾害防治措施提供理论依据。获得以下主要结论:煤自燃过程中不同尺度孔隙演化的基本规律为:前中期阶段（30¹10℃）,氧化温度较低,煤氧复合反应主要集中在煤体表面且速率较低,导致此阶段不同尺度孔隙数量的增长较为缓慢且以微孔与中孔为主;中后期阶段（110²30℃）,前中期微孔与中孔的发育为煤氧复合反应及O₂运移新增了大量场所与通道,使得煤氧复合反应速率开始急剧增大且逐渐扩展至煤体深部,大量微孔与中孔扩张及两两贯通成大孔,导致此阶段不同尺度孔隙的数量均有较高幅度的增长。不同尺度孔隙的发育导致煤体总孔隙度的增加,破碎度及漏风强度也随之增大,而不同功能孔隙的发育则导致煤体对气体吸附及运移能力的改变,进而再反作用于煤氧复合反应进程。通过煤工业分析组分测试系统与煤自燃模拟试验系统联用,研究了煤体内部水分、挥发分、固定碳及灰分随氧化温度增加的动态演变规律,揭示了自燃过程中煤体孔裂隙发育的内在机制及其对结构强度演变的影响。结果表明:1)自燃初期,煤体孔隙的发育主要依靠内部水分的蒸发及含水化合物的脱水,到了中后期,则主要依靠内部大分子有机化合物的氧化分解和部分矿物质的高温热解;2)不同种类煤体自燃过程中孔裂隙发育的内在机制基本一致,与变质程度无关,但低变质程度煤体由于水分及挥发分含量较高,导致自燃过程中孔隙发育速率及程度也更高;3)煤自燃过程中孔隙度的增长破坏了煤体结构完整性,导致结构强度持续降低,致使其在外力作用下极易被挤压破碎为更小粒径的煤体。基于煤体孔隙度真空饱和水测量系统,研究了孔隙度随氧化温度、O₂浓度及CH₄浓度增加的动态演变规律,揭示了不同参量对煤自燃过程中孔隙度演变的影响机制。结果表明:煤自燃过程中1)孔隙度随氧化温度的增加呈现出先缓慢增加后快速增加的趋势,变质程度增加不会改变这种趋势,但会降低相同氧化温度时孔隙度的增长幅度;2)孔隙度增长率与O₂浓度为正相关关系,且由于自燃初期孔隙发育主要依靠水分减少,因此O₂对自燃中后期孔隙度增长的激励作用更为显著;3)孔隙度增长率与CH₄浓度整体为负相关关系,CH₄浓度及氧化温度较低时,CH₄对孔隙度增长的抑制效应不明显且幅度较低,但随着CH₄浓度或氧化温度的增加,抑制效应开始变得显著且幅度在不断增大。基于自行搭建的煤体自由基电子自旋共振原位测试系统,研究了自由基的g因子值、浓度N_g与线宽△H随氧化温度、O₂浓度、CH₄浓度及煤粉粒径改变的演化规律,揭示了不同氧化参量通过作用于自由基的生成及湮灭过程来影响孔隙发育的内在机制。结果表明:1)整体而言,煤自燃过程中随着氧化温度的逐渐升高,自由基的g因子值及线宽△H呈现出缓慢减小趋势,而浓度N_g则呈现出逐渐增大的趋势;2)氧化气氛中O₂浓度的降低或CH₄浓度的增加均会导致煤体N_g的减小,与其对孔隙度演变规律的影响基本一致;3)不同粒径煤体自燃过程中N_g的演变规律基本一致,但相同氧化温度不同粒径的N_g值存在一定差值,且差值随着氧化温度的增加而逐渐扩大;4)孔隙发育导致煤自燃过程中粒径逐渐减小,进而加速自燃进程并增大其二次氧化初期的自燃危险性。基于自行搭建的多元气体竞争吸附测量系统,分别研究了低温氧化后的煤体在常温及高温下对CH₄的吸附量以及初次氧化后的煤体在常温下对CH₄、O₂和N₂的吸附量随氧化温度增加的演变规律,揭示了煤自燃过程中孔隙演化对CH₄、O₂和N₂等多元气体竞争吸附特性的影响机制。结果表明:1)低温氧化后煤体在常温状态下由于煤体孔隙的发育致使吸附量随氧化温度的增加而逐步增大,高温状态下则由于气体吸附能力降低及孔隙闭合导致吸附量随氧化温度的增加而逐渐减小;2)由于孔隙数量及结构的动态演变,初次氧化后煤体常温状态下Q_max-DA及Q_max-MG均随初次氧化温度的增加整体呈现出先增大再减小的趋势;3)Q_O2-MG与Q_O2-DA随初次氧化温度增加的演变趋势基本一致,但由于煤体对CH₄的吸附能力明显强于N₂与O₂,导致初次氧化温度相同时Q _O2-MG小于Q _O2-DA。本文研究进一步完善了高瓦斯易自燃矿井瓦斯与煤自燃复合灾害致灾理论,促进了复合灾害协同防治技术的进步与发展。该论文有图116幅,表29个,参考文献205篇。