水煤浆是适合我国国情的节能、环保、代油燃料,是保证我国能源长期稳定发展的战略与现实选择。在工业应用中,如何使低阶煤制取高品位的水煤浆,如何改善低阶煤可磨性差、提高棒磨效率,是目前水煤浆研究的热点和难点,具有重要的研究意义和应用前景。本文首先研究冷冻对煤粉磨性能的影响,发现随着冷冻时间的增加,煤的可磨性指数增高,而冷冻-解冻的处理效果优于冷冻处理。冷冻温度对粉磨性能的影响,结果表明冷冻温度越低、冷冻时间越长,则煤的粉磨效果越好。其次,本文提出利用自然冷冻的方法改善低阶煤的制浆特性,并深入探讨其机理。针对含水量高、可磨性差的红石湾煤、巴彦高勒煤、羊一矿煤,冷冻处理后各煤种的研磨效率显著增加。经过自然冷冻后巴彦高勒煤制浆后的200目通过率增高约4.92%,羊一矿煤增高约4.06%,红石湾煤增高约7.06%。利用工业CT、DSC、红外光谱、冲击强度、硬度、可磨性测试、显微观察等手段对煤进行测试分析,总结得出煤中水分的迁移机制和煤岩冷冻脆化机制。研究发现,煤中的水分在冷冻过程中,发生结晶水、孔隙水向结构水的转变,煤岩在结冰或冻融过程引起的自行岩相组分的剥离或溶胀脱离,造成低阶煤强度降低。对煤硬度的测试中发现冷冻能够使煤的硬度降低,但并不是冷冻时间越长越好,当冷冻时间超过7天煤硬度逐渐增加。冲击强度的测试中发现,相比未经过处理时的煤而言,经过冷冻处理后的煤脆度增大,容易破碎,随着冷冻时间的增加,脆度越大。最后,进行冷模实验,利用Flash软件和ANSYS软件分别模拟水煤浆工业生产工艺流程动画、煤块在棒磨机中破碎过程受力的情况,比较不同钢棒级配对煤的粉碎效果。实验结果发现Φ75、Φ65、Φ55的钢棒级配对煤的破碎程度好于Φ70、Φ65、Φ60的钢棒级配。