我国煤炭资源十分丰富,但煤层自燃导致大量矿产资源的浪费,煤自燃引起的矿井火灾,不仅给国家带来很大的经济财产损失,还直接威胁着井下工作人员的安全。为了确保煤矿生产的安全进行,加强煤自燃机理的研究就显得尤为重要。近年来,各国学者对煤自燃微观机理进行研究,但由于现场影响因素多及煤结构的复杂性,对于煤自燃的反应过程始终没有一个确定的结论。许多国内外学者从不同角度对煤自燃机理进行研究,大多都是在实验的基础上对煤自燃的宏观规律和现象进行研究,对煤自燃微观反应机理的研究较少。随着量子化学和计算机技术的发展,量子化学理论计算越来越多的应用于实验学科,为解决现场实际问题提供理论基础。本课题根据煤分子活性结构的研究结果,运用Gaussian-03W量子化学分析软件模拟计算煤分子表面活性基团低温氧化反应过程,探索了主要反应路径及反应放热性,分析计算出煤表面活性基团低温氧化反应过程的能量变化和化学动力学参数,研究确定控制煤低温氧化的主要活性基团和关键环节,分析得出煤自燃分子动力学相关参数,计算采用密度泛函方法DFT-B3LYP,基组选取6-31G,通过模拟从煤分子中活性基团的氧化活泼性和放热性两个方面探讨了煤的自燃性,总结出煤分子的热效应及活性基团的氧化活泼性排序;找到煤大分子断裂后形成的中间产物,即生成一氧化碳和二氧化碳气体的主要物质,运用典型煤样和模型化合物的红外光谱实验对煤样氧化反应前后结构特征分别进行实验分析和验证、发展了煤分子氧化过程模拟,总结影响长焰煤、焦煤、瘦煤和无烟煤自燃的主要基团。从方法上对煤中活性基团氧化机理进行了有益的探索。本文为进一步提出煤自燃定量评价指标,揭示煤自燃的机理与实质,从而对煤自燃定量评价、预测和开发相关有效控制技术的研究奠定理论基础。