煤炭地下气化、高温岩体地热开发等工程中均涉及到高温高压岩体环境。在温度和压力作用下,岩体的热学、力学性质对地下岩体的稳定性、裂隙扩展和传热效率等方面有重要影响。本文通过采用高温岩石力学试验方法,研究了实时高温条件下砂岩和泥岩等煤系沉积岩的单轴抗压强度等力学特性;建立了温压作用下圆柱体岩石试件导热系数测试方法,研究了温度和压力对砂岩、泥岩和煤热学性质的影响;建立了煤炭地下气化工作面气化反应、煤层孔隙水传热传质、温度场和应力场数值模型,研究了煤炭地下气化过程多特征场,主要结论如下:（1）揭示了热力耦合作用下砂岩、泥岩的力学特性。（1）在实时高温作用下,温度升高在特定的温度区间会强化含黏土矿物岩石的单轴抗压强度;（2）400℃后,砂岩单轴抗压强度增大归因于其矿物组分在高温作用下发生烧结反应,反应产物填充在矿物晶体中间,使得石英、长石等晶体结合更为紧密,晶体间的摩擦力增大,增加其极限承载能力;（3）400℃内,泥岩孔隙内的水蒸发,使得矿物晶体间缺少润滑,增大了摩擦,其单轴抗压强度得以上升;400℃～600℃,黏土矿物开始分解,分解后的产物填充进晶体间的缝隙内,增大晶体间的摩擦,进一步强化其强度;600℃及以上,大量黏土矿物脱水分解以及热破裂现象的加剧,弱化泥岩骨架的承载能力,进而弱化泥岩的单轴抗压强度;（4）砂岩、泥岩的峰值应变随温度的升高而增加,但砂岩的弹性模量和温度呈现出负相关关系,而泥岩的弹性模量和温度呈现出正相关关系。（2）开发了基于非稳态温度场反演的圆柱体试样导热系数测试技术。（1）提出圆柱体试件温度场的数学模型,确定试件导热系数和时间、温升之间的联系;（2）研制了岩石导热系数的试验装置,编写了导热系数计算的JAVA程序,该试验装置可用于测量材料实时温度、压力条件下的导热系数。（3）揭示了高温、压力对煤岩体热物理性质的影响规律。（1）温度的升高会引起煤岩体内组分发生烧结反应、黏土矿物脱水、有机物挥发分氧化放热等物理化学变化,这些反应中的吸热反应将引起煤岩体比热容的升高,而放热反应将会导致比热容的降低;（2）对富含有机物、黏土矿物的岩石高温下导热系数的测量,需对样品进行高温预处理或多次测量以保证测量结果的准确性;（3）温度的升高会导致砂岩、泥岩的导热系数的降低,煤岩体导热系数和温度之间近似符合幂函数关系;（4）在试样破坏前,压力的增加会导致煤岩体导热系数的降低,两者之间近似符合指数关系,试样破坏后,泥岩、无烟煤的导热系数均出现一个明显的降幅;（5）定义了煤岩体孔隙结构常数,孔隙结构常数受温度、压力等因素的影响,孔隙结构常数的改变导致导热系数的变化。（4）建立了煤炭地下气化煤层温度场和采场围岩应力场模型,揭示了煤炭地下气化过程中煤层温度场、气化工作面应力场的变化规律。（1）燃空区外轮廓近似一个“尖锥形”,气化300d时,燃空区径向温度扰动范围在40m左右;（2）当风速达到3m/s时,风速对煤炭气化的促进作用可以忽略;（3）煤层顶底板的塑性区主要集中在煤层顶板,随着气化时间不断增加,燃空区顶板塑性破坏区发育程度不断向上发展。燃空区内形成了环形拉应力集中区,应力值呈中间低四周高的分布状态,离燃空区越远拉应力值越小,随着开采时间的增加,应力影响范围也随着燃空区面积的增加而增加,且应力峰值同样呈现随着时间的推移先增大后减小的趋势。（5）建立了煤炭地下气化二维气化反应模型和孔隙水传热传质模型,揭示了风速、风流氧含量和风流水蒸气含量对产气组分的影响规律,结合煤层孔隙水迁移运动特征,提出了煤炭地下气化过程的控制策略。（1）风流风量的变化对气化通道内的各组分的气体浓度影响较小,提高风流氧含量和水蒸气含量则有助于增加通道内CO的浓度和H2的浓度,同时水蒸气含量的增加可抑制CO2的浓度;（2）高温风流在气化通道内流过时,初期,孔隙水受热蒸发形成的体积膨胀,驱动着部分孔隙水和水蒸气向煤层前方迁移运动。后期,随着孔隙水的蒸发消耗,孔隙水和水蒸气均呈现向通道方向迁移运动。孔隙率越高,煤层内孔隙水蒸发迁移量越多,通道内的水蒸气浓度越高;（3）在煤炭地下气化初期,可适当增加风流氧含量以保证有充足的热量预热煤层;在气化中后期,需根据煤岩体含水率、孔隙率等调整风流中的氧含量和水蒸气含量以确保可燃气体的产生。该论文有图101幅,表23个,参考文献174篇。