新疆是我国煤田火灾最为严重的地区,近年来,新疆的煤田火区中矿井火与地表火共存型煤田火区数目越来越多。由于矿井火与地表火共存型煤田火区具有地下空间大、燃烧深度大、燃烧剧烈、漏风通道复杂等特点,在传统灭火工艺下进行治理时工程量大,浆液流失浪费严重,并且容易发生复燃。分析矿井火与地表火共存型火区的结构特征与发展模式,构建典型共存型火区的物理模型和数学模型,研究浅部封堵方法治理矿井火与地表火共存型火区的可行性与适用条件,有助于深化对煤火发展规律的认识,为煤田灭火工艺的改进提供理论支撑。通过火区资料统计得到了新疆现存火区中山地火区多,多数火区具有煤层层数多、厚度大、倾角大的特点,导致矿井火与地表火共存型火区大量存在;现场研究了若干个典型共存型火区的地表地下温度场和垮落情况,分析了矿井火与地表火共存型火区的结构特征与发展模式;分类归纳得到了不同垮落程度下的火区结构模型;讨论了传统灭火方法在矿井火与地表火共存型火区中面临的困难,阐述了浅部封堵治理方法的基本思路与主要影响因素。借助煤田火区热-流-化多场耦合数学模型,以典型矿井与地表共存火区结构为基础建立物理模型,开展数值模拟研究了不同开放程度火区的演变规律与浅部封堵条件对深部火源的抑制效果,结果表明:开放程度越小的火区地表火与地下火之间煤岩体的高温范围越小;浅部封堵层达到足够低的渗透率才能保证对深部火源的有效抑制;隐蔽漏风巷道对浅部封堵有较大的不利影响,但适当条件下提高封堵层的密封程度可以显著减小其影响;工程范围内封堵层厚度的变化对隔氧效果影响较小,但考虑到封堵材料受高温烘烤容易失效,开放程度较高的火区中封堵层受热严重,减小的封堵层厚度会大幅提高封堵层失效风险,开放程度低的火区封堵层受热较少,适当减小封堵层的厚度并不会产生严重的影响。构建三维模型进一步探讨了影响火区浅部封堵后降温时间的主要因素,结果表明:浅部封堵后地下采空区内部气流循环促使残余氧气参与高温区反应,使深部火区在一段时间内维持氧化反应;高温区体积的增大和平均温度的升高显著延长了降温时间,高渗透率的采空区对降温有利,随着采空区渗透率的降低,火区降温时间呈现出先大幅延长后小幅缩短的变化规律。结合库尔阿肯8号火区的两次治理经过进行分析,通过现场案例证明了浅部封堵治理方法在降低浅部温度、妥善处理露头并达到较低的封堵层渗透率的条件下,可以对矿井火与地表火共存型火区进行有效治理;而当浅部有残余高温或覆盖层渗透率高的情况下,火区容易复燃;开放程度较小的火区中适当缩小封堵层厚度不会造成火区复燃,且适当条件下浅部封堵可以规避隐蔽漏风巷道对火区的不利影响,验证了模拟得到的部分结论。