采空区煤自燃是影响矿井安全生产的重大灾害之一,不仅产生有毒有害气体,还会诱发瓦斯爆炸等次生灾害,造成严重的人员伤亡和重大的经济损失。伴随深部矿井开采的快速发展,煤自燃灾害治理日趋复杂,而构建高效的预警体系是防治矿井煤自燃的关键。气体和温度是携带煤自燃信息量最丰富的两个参数,能够有效地反映采空区煤自燃状态。然而,目前对于工作面不同区域气体浓度的分布规律掌握不清晰,很大程度上削弱了气体预警指标的现场应用效果;受限于技术和工程,采空区温度场分布及演化特征研究不充分,阻碍对采空区温度场的认识。为了补充、完善和解决上述问题,满足采空区煤自燃预警的需求,本文开展了基于气体和温度相结合的煤自燃预警及响应机制研究,并研发了煤自燃远程监测与预警系统,取得如下研究成果:分析了工作面不同区域气体的统计学特征。首先利用小波变换研究了上隅角袋子墙内、袋子墙外,高抽巷和采空区CO与O2浓度的多时间尺度演化特征,指出CO和O2在不同时间尺度上有不同的周期性,其能量密度与气体变化率有密切关联。拟合了气体小波系数的波动方程,根据相位差和初振幅得出采空区内的气体与煤自燃信息的相关性最高,高抽巷的相关性最小。其次,基于O2的核密度得到了特征O2浓度并对采空区煤自燃“三带”进行细分,将“氧化带”分为“第一氧化带”和“第二氧化带”,体现了采空区的动态性变化。最后构建了小波变换与ARIMA相结合的气体短时预测模型,结果表明该模型具有良好的准确率。研究了标志气体与煤温的数学模型,并归纳了88组煤样标志气体特征温度的统计学分布特征。煤低温氧化阶段,标志气体与煤温的关系符合Logistic模型,其中CO的Logistic拟合参数为A1=23.4,A2=14990,p=12,x0=294;C2H4的拟合参数为A1=0.3,A2=27,p=17,x0=283。初现温度和拐点温度将煤自燃阶段划分为波动阶段、稳定增长阶段和衰减阶段。根据统计学规律可知,CO、C2H4、C2H2的平均初现温度为30℃、120℃和278℃,CO和C2H4的第一拐点温度为158℃和204℃,第二拐点温度为294℃和283℃。拟合参数p值与煤低温氧化气体产物生成的难易程度呈正相关。根据CO浓度与煤温的数学模型,得到了煤自燃三个阶段的活化能分别为1.70k J/mol,83.67k J/mol和14.27k J/mol。构建了煤自燃气体预警指标体系。首先指出了C2H4与CO的初现温度比值与煤自燃倾向性判定指数正强相关,用于煤自燃危险性判定的初现温度比的临界值为4.23和5.45。煤自燃释放气体的过程中存在气体状态转变预准备期,且初始氧化阶段的预准备期较长。其次,基于统计学意义上的特征温度:CO初现温度、C2H4初现温度、CO第一拐点温度、C2H4第一拐点温度和C2H2初现温度共5个特征温度划分了煤自燃危险状态:安全状态、低风险、一般风险、较大风险、重大风险和特大风险状态。绘制了不同状态间的能级跃迁图谱,指出煤自燃跃迁只发生在相邻状态间,其跃迁能级为两端高、中间低。再次,将四组气体浓度比值lg(φCO2/φCO)、1/2.1*φC2H6/φC2H4、1/16.2*φCH4/φC2H6和φC3H8/φC2H6综合为一组复合预警指标:预警指标临界值大于1.6为低风险,1～1.6之间为一般风险,为低预警等级;小于1为其它风险状态,为高预警等级。最后,构建了基于泡沫凝胶防灭火技术的不同危险等级的响应对策。搭建了多孔介质温度场分布及演化规律研究小型实验台,研究了不同粒径、通风形式和风速条件下温度场的形态变化、热核区迁徙、多热核区演化规律等,研究结果表明:（1）与热源不同距离的点的温度曲线具有不同的凹凸性,且与热源距离越大,温度响应时间越长。（2）粒径突变的交界面对热流的传递有显著影响:热流从小粒径流向大粒径系统时,热流在交界面出现收缩,反之,热流从大粒径流向小粒径系统时,热流在交界面处呈放射状。（3）不同风速条件下热核区具有不同的迁徙规律,无风时,热核区在纵向向上迁徙,且大粒径系统内热核区的迁徙位移最大,小粒径和混合Ⅱ系统内的迁徙位移不明显,混合Ⅰ系统内出现了显著的“烟囱效应”,在纵向形成了热束。风速变大时,热核区开始在横向发生迁徙,其中大粒径系统内热核区的横向迁徙位移最大,小粒径内出现了潜在热核区,混合粒径系统内热核区迁徙不明显;在热核区迁徙的过程中会形成新的热核区,且新热核区沿下风侧分布,继而出现多个热核区共存的现象。（4）多个热核区之间传递热量时会出现热流挤压现象,且挤压区附近是形成新热核区的主要区域,通过在采空区灌注防灭火材料,缩短风流携热流程,形成“截流”机制,可有效防止新热核区的形成。研发了煤自燃综合在线监测与智能预警系统,该系统可直接读取采集的气体和温度数据,并自动生成可视化的图表,然后根据预设的指标对超限气体进行预警和等级划分。系统在胡家河矿402102综放工作面进行了应用,提高了煤自燃防治的工作效率。本论文有图173幅,表37个,参考文献182篇。