依据关于煤自燃的煤-氧复合理论,提出了抑制煤堆自燃的一种新方法。该方法通过在煤堆表面覆盖可燃的煤基覆盖层,控制空气扩散进入煤堆内部,使煤堆中的低温氧化反应不能持续进行,从而达到抑制煤堆自燃的目的。对覆盖煤堆和非覆盖煤堆自燃进程中温升速率的对比研究结果表明,这种可燃的煤基覆盖层能够有效地抑制煤堆的自燃。由于煤堆自燃进程很慢,在全尺寸煤堆上进行自燃过程的实验研究需要较长的时间,而且实验条件难以控制。在本项研究中,建立了一个小型的实验装置并采用外部加热法来加速试样的反应速度,减小了实验规模,缩短了实验周期。用计算机控制实验过程并进行数据采集,将实验数据记录在数据库中。在实验过程中观测到,在相同加热边界条件下,覆盖煤堆的温升速率明显低于非覆盖煤堆对应点上的温升速率,这从一个方面表明了覆盖层对煤自燃的抑制作用。为了预报煤堆的自燃进程,模拟覆盖层对于煤堆自燃过程的影响,建立了基于传热、传质及燃烧理论的煤堆自燃过程的数学模型。煤堆的温度场变化用有内热源项的非稳态热传导方程来描述,煤堆孔隙中的氧气浓度场采用有质量源项的扩散方程来模拟,两者构成了一个相互耦合的非线性偏微分方程组。氧气消耗速率常数采用表观的Arrehnius公式来描述,其中的表观反应活化能和频率因子通过热重分析得到。用氧气扩散方程的边界条件来区别覆盖煤堆和非覆盖煤堆,对覆盖煤堆的边界可以采用非渗透边界条件,而非覆盖煤堆可视具体情况采用第一类或第三类边界条件。采用控制容积有限差分法对方程组进行求解,关于温度场的计算结果与实验结果具有相同的趋势,即覆盖煤堆的温升速率明显低于非覆盖煤堆对应点上的温升速率;而对于浓度场的计算表明,在覆盖煤堆表面的情况下,由于边界上没有氧气补充,孔隙中的氧气在加热过程中消耗很快。氧气浓度的降低使煤堆中的氧化反应速率迅速降低,自身产生的热量越来越少,这是煤堆自燃得以抑制的主要原因。计算结果显示,煤堆氧化反应的动力学参数对煤堆的自燃进程的影响很大。在采用热重法进行测量时,传统的数据处理方法获得的计算结果对于数据的截取有较大的依赖性。本项研究中提出了一个基于非线性最小二乘新算法,采用全程样品重量变化数据进行计算,获得了稳定的结果。此外,本项研究中还对覆盖层本身的物性参数进行了测量,结果表明所采用的煤基覆盖材料具有很低的渗透率,能够达到隔离空气的目的,而其热导率与自然堆积煤的表观热导率相当,不会妨碍煤堆的散热。