煤是由多种官能团、化学键组成的复杂有机大分子结构,其自燃过程涉及到一系列复杂的理化反应。为深入揭示理化反应特性,本文围绕煤自燃特性开展了一系列热动力学理论及实验研究。运用工业及元素分析、扫描电镜和比表面积及孔隙分析仪器,开展了煤质分析、表观形态和表面孔隙结构特性研究。结果表明,内蒙古鄂尔多斯煤、陕西神木煤和山西大同煤的煤化程度依次降低,且主要孔容为微孔和过渡孔;研究表明煤化程度越高的煤,对应的微孔占比越大。基于热动力学分析方法,为更好地研究煤的自燃特性,本文归纳了煤自燃领域常用的单扫描速率法（Coats-Redfern,Achar,普适方程,Mac Callum-Tanner,Madhusudanan-Krishnan-Ninan和非等温TG-DSC法）和多扫描速率法（Flynn-Wall-Ozawa,Kissinger-Akahira-Sunose,Starink和Friedman法）。针对每种方法概括性地总结了它们的理论基础及优缺点,并选取内蒙古鄂尔多斯煤运用每一种方法对吸氧增重阶段进行了实例演绎,确认Starink法为最佳热动力学分析方法。依据表观活化能,得出煤的煤化程度越高,活性物质含量越少,物质发生氧化反应需要的能量越多,活化能越大,煤样越不易自燃。运用热重-红外光谱联动仪,分析了煤在升温过程中CO₂、CO和H₂O气体释放特性;研究表明随着煤化程度的增加,CO₂释放量逐渐增高,CO释放量逐渐下降,H₂O主要在低于200℃和200～600℃两个阶段内产生;运用傅里叶变换红外光谱仪,分析不同煤体之间官能团的差异,并将光谱图划分为三个区域,比较了不同煤化程度官能团的差异,结果显示随着煤阶变高,芳香羟基、环状羟基、醚氧和甲基含量也逐渐增加,而亚甲基与甲基比值、羧基、醇羟基、自缔合羟基含量逐渐降低;运用XPS全谱扫描,分析了三种煤样的表面元素及相对含量,研究表明随着煤等级的增加,C-C/C-H官能团含量也逐渐增加,而C-O、C=O和O=C-O的含量逐渐减少。