煤炭在我国能源架构中占据重要地位,但煤自燃火灾是各类矿井灾害中最主要的事故灾害之一,因此煤炭自燃问题亟待解决,研究煤自燃机理并提出科学有效的防治措施迫在眉睫。本文选用3种不同变质程度的煤样研究煤自燃过程中的微观结构变化特征及宏观表现情况,用微观官能团演化情况解释宏观放热特性及质量变化规律,确定影响煤自燃进程的关键活性官能团,对煤自燃机理的完善与发展具有重要的科学意义。利用热重-差示扫描量热分析联用实验研究不同煤样自燃过程中的重量及热量变化特点,确定各煤样特征温度点及特征温度阶段。研究表明:煤样的燃烧情况随变质程度增加整体呈现滞后性,脱附失重阶段低变质程度的煤失重量最大,吸氧增重阶段高变质程度的煤增重量最大,热分解燃烧阶段放热量占煤样氧化自燃放热的绝大部分,煤样快速燃烧,质量迅速减少;低变质程度的煤自燃过程中总失重量大于高变质程度的煤,但变质程度高的煤放热能力更强,更易充分燃烧。通过对不同变质程度煤样自燃过程的动力学研究计算,分析各煤样自燃阶段动力学参数的差异性。结果表明:各煤样脱附失重阶段、动态平衡阶段及吸氧增重阶段均符合普通反应中的二级反应机理函数,热分解燃烧阶段大雁褐煤符合二维扩散机理函数,任家庄气煤与绿塘无烟煤符合三维扩散（P-T）机理函数;各煤样各特征温度阶段动力学参数活化能E值随氧化自燃进程的持续逐渐增大,指前因子A值在热分解燃烧阶段亦更大;随煤样变质程度增加,前三个温度阶段E、A值变化不大,在热分解燃烧阶段,绿塘无烟煤的E、A明显更高。利用原位傅里变换叶红外光谱实验研究不同变质程度煤样微观官能团分布情况,分析各煤样氧化自燃过程中官能团变化情况。研究表明:随煤样变质程度加深,羟基类官能团含量先减后增,脂肪烃类官能团先增后减,含氧官能团逐渐减少,芳香烃类官能团逐渐增加,低变质程度的煤活性官能团含量更多,高变质程度的煤芳香体系缩合程度更强;各煤样氧化自燃过程中官能团结构含量整体呈下降趋势,羟基类官能团在低温阶段下降明显,脂肪烃类官能团与含氧官能团在高温阶段下降明显,芳香烃类官能团变化不大,各煤样自燃过程中官能团含量变化的拐点随煤样变质程度加深出现滞后性。在煤自燃过程中,脱附失重阶段羟基类官能团大量减少,水分不断蒸发吸收热量,煤样质量逐渐降低;动态平衡阶段脂肪烃结构中变形振动位甲基、亚甲基首先被消耗,与羟基氧化反应生成羧基含氧官能团,释放少量热量;吸氧增重阶段伸缩振动位的脂肪烃大量氧化生成羰基与羧基,吸附氧气量大于氧化产生气体量,煤样质量增加,反应释放较多热量;热分解燃烧阶段苯环上的侧链脂肪结构、羰基、羧基及芳核C=C双键大量断键,氧化反应生成CO、CO2及CH4等气体,煤样质量迅速减少,释放大量热量。