煤层自燃严重影响着煤炭工业发展，给矿井生产带来极大安全隐患。由于实际条件下的煤自燃过程很难描述清楚，使得煤层自然发火预测预报技术的发展受到严重制约，当务之急是建立有效完善的预测煤炭自然发火的机制。根据煤田自然发火的形成机制机理，煤炭自燃的必要条件有三点：1煤具有自燃倾向性且呈破碎状态堆积；2有连续的通风供氧条件；3热量易于积聚；其充分条件为：持续一定的蓄热时间。我校煤炭科学专业运用小型试验炉对大型的矿山煤场进行试验模拟统计实验数据，再用简单的曲线拟合近似求解煤温变化情况，在煤充分接触氧气时温度达到一定值时将自然发火（不同煤样燃点不同）。利用优化算法以及计算机的数值模拟方法能更加精确的探究煤炭的发火过程以及温度变化情况。论文研究意义在于用数值模拟实验代替实际炉体发火实验，使得煤自燃发火过程能更加直观。本文从二维煤自然发火实验数学模型入手，以西安科技大学煤自然发火试验台为依托，通过定性条件，如炉体主要结构数据，供风条件，煤样条件等的确定，以及对模型建立的影响因素较小的基本假设，建立了三维煤自然发火的数学模型。建立的三维煤自然发火数学模型是三维多场耦合条件下的对流扩散反应方程组，在加入适当初始条件和边界条件后，归纳为一个三维非稳态条件下的对流占优扩散反应方程。将经验放热强度，耗氧速率带入三维对流扩散方程，数值模拟过程主要用到有限元方法，为了提高计算准确度和收敛速度，本文引入了特征有限元方法二重网格算法。通过对实验炉体的分层遍历求解，数值模拟出在特定实验条件下枣泉煤样的温度场变化情况。在使用特征有限元方法解决一定边界条件下的煤自燃温度场控制方程模拟煤温的自然变化趋势后，数值模拟出的是一组具有动态变化规律的空间对应温度值。实现的可视化软件设计了导入数据的接口，可直接导入ACCESS，EXCEL等模拟及实验数据，通过虚拟的煤自然发火平台，重现实验过程，软件通过OpenGL实现三维炉体动态温度场的变化规律界面，并能实现在某一时间点最高煤温数据导出。用煤温测试装置测得煤堆中一些特定点的瞬态煤温的变化温度后对比了模拟温度值与实验温度值，比较分析结果的可行性，结果表明，数值模拟煤自燃温度场的变化过程及发火期能较好的反映真实实验条件下的煤自然发火情况。实验根据模拟结果对模型进行评价，为建立快速、准确的煤自燃预测预报系统奠定了基础。