煤炭地下气化是将煤炭资源原位转化为可燃性气体过程,是清洁、安全、高效的煤炭利用技术。煤炭地下气化提高了煤炭资源的利用率,减少了对环境的污染与破坏,具有显著的经济效益和社会效益。由于煤炭地下气化过程的复杂性和不可见性,实现稳定性生产和商业化开发仍需进一步研究与完善。煤层温度场的动态演变和燃空区扩展是煤炭地下气化工艺稳定性控制关键。本研究选用蒙东褐煤为实验用煤,对煤层热解温度场演变及燃空区扩展展开研究,以期为煤炭地下气化工业性应用提供数据参考。主要研究内容及结论如下:（1）通过对蒙东褐煤性质分析,得出蒙东褐煤的挥发分较高、低氮、煤变质程度较低,是煤炭地下气化的优质煤种。通过热重分析考察了不同升温速率和粒径对煤热解过程的影响。研究表明,随着升温速率增大,蒙东褐煤的总失重量降低,最大失重速率增大。受到传热和挥发分析出的影响,大粒径煤的失重略小于小粒径煤。但当煤粒径小于0.2 mm时,受煤岩惰性组分影响,失重率反而略有降低。采用现象模型研究煤热解动力学,得出的动力学参数结果能真实地反映煤热解过程。在同一热解条件下,低温段的活化能大于高温段的活化能,活化能随升温速率增大逐渐增大。由于煤的粒径不同,热解所需的活化能和指前因子也存在差异。（2）通过对大块原煤和人工煤块单侧面加热,研究了煤炭地下气化动态温度场演变及传热规律。研究表明,在水平截面上,煤层内部传热速率高于煤层边缘,温度场大体呈环形分布。在垂直截面上,热量沿煤层向上传递,呈温度梯度分布,越远离热源,煤层温度越低。大块原煤传热速率高于人工煤块,但传热均匀性较差,干燥温度线两侧分布不均,300℃特征温度线呈拱形分布。由于大块原煤中存在裂隙,热量在煤层中主要以热传导方式进行,而煤层裂隙中的对流传热加快了传热速率,有利于提高煤炭地下气化传热效率。（3）利用高温热管作为热源在煤柱中心处加热,研究了煤柱热解过程中温度场动态演变及热解产物分布规律。研究表明,靠近热源处的煤层升温较快、温度较高。由于煤柱传热性能差,热源距离的增加引起煤层温度快速降低。煤柱截面温度场各温度区域分布特征明显,煤层中间温度较高,两侧相对较低,温度带呈拱形分布。200℃特征温度线移动速率大于600℃特征温度线,使得干馏干燥区的区域不断增大。煤柱热解产生的煤气组分中H2含量最高,其次是CH4,CO2与CO含量相对较低。在热解初期,CH4含量较高,煤气热值较高。随着热解时间的增加,CO2体积分数增大,使得煤气热值逐渐减小。（4）通过对人工煤柱在不同工况下进行燃烧,考察不同燃烧方式、气化剂流量及氧浓度对燃空区扩展规律的影响。研究表明,正向燃烧和逆向燃烧过程化学反应相似,但物理过程不同。由于气流流场不同,燃空区的几何形状和体积都存在较大的差别。无论是正向燃烧还是逆向燃烧,当气化剂流量和氧浓度增大时,在单位时间内耗煤量增大,燃空区体积增大。氧浓度的增大有利于煤层燃空区的径向扩展,但当氧浓度较高时,煤灰在燃空区内结渣,从而影响燃空区的扩展规律。