采空区是煤自燃多发区域,采空区的复杂性导致采空区煤自燃热源位置较为隐蔽,研究煤自燃导致的采空区气体及温度变化特征是分析判断采空区煤自燃隐蔽热源位置并进行有效防控的基础。本文以龙固煤矿1301工作面采空区为研究对象,应用FLAC3D数值模拟软件,研究了煤层开采过程中覆岩垂直应力和塑性破坏变化规律,获得了采空区走向及倾向上应力分布,开发了采空区空间分布模型;通过程序升温实验与理论推导,建立了采空区遗煤自燃的耗氧速率和CO生成速率数理模型;在上述研究的基础上开发了采空区煤自燃隐蔽热源气热场分布的数值模拟模型,模拟了采空区存在隐蔽热源情况下的气体、温度场变化规律。主要成果如下:(1)使用FLAC3D仿真计算软件,模拟研究了煤层开采过程中上覆岩层垂直应力及塑性破坏动态变化规律;根据煤层开采结束后覆岩塑性破坏特征,得出采空区冒落带高度为15.05m,裂隙带高度为28.3m;基于采空区底板走向及倾向应力变化特征,采用双曲正切函数拟合构建了采空区三维孔隙率、渗透率分布模型;(2)利用程序升温实验开展了煤自燃特性参数研究,通过理论推导及回归分析建立了煤样耗氧速率及CO生成速率与煤温之间的关系,考虑氧气浓度、遗煤粒径、遗煤厚度对煤样氧化程度的影响,对公式进行修正,获取适用于实际采空区的遗煤耗氧速率及CO生成速率公式;(3)综合考虑采空区空间分布特征、遗煤氧化耗氧、遗煤瓦斯涌出等因素,建立了煤自燃隐蔽热源气热场分布的数值模拟模型,使用稳态模拟算法对采空区气体场的分布进行了模拟研究,以氧浓度为标准对采空区自燃三带进行划分:采空区进风侧自燃带宽度为57m,采空区中部自燃带宽度为46.4m,采空区回风侧自燃带宽度为52m;根据自燃三带划分结果,在自燃带内设置多处可能存在的热源点并研究不同位置热源条件下的采空区气热场分布特征;(4)在采空区气体场稳态模拟的基础上,模拟研究了隐蔽热源存在条件下采空区气体和温度场分布特征。结果表明:灾害气体CO的运移扩散主要受通风风压、扩散作用的综合影响;热量在采空区内的传导过程前期同CO扩散过程相似,对流换热为热量传递的主要方式,后期由于破碎煤岩间热传导作用的增强,导致热量传导过程后期与CO运移扩散规律之间存在一定差异。同时,增设采空区隐蔽热源点数量,系统的研究了热源位于不同位置时,采空区可接触边界上(即工作面面长以及采空区进、回风侧壁面)CO及温度分布变化规律,研究成果有助于指导热源位置的分析。该论文有图71幅,表8个,参考文献78篇。