采空区煤自燃产生的可燃气体改变了气体的爆炸极限,生成的热量在采空区内部积聚形成高温热源,气体的逸出以及热量的生成处于一种动态演化过程。采空区风险区域是O2场、可燃气体（CH4、CO、C2H4）场、温度场相互叠加耦合的结果,多场的动态演化造就了采空区风险区域的实时变化性,这一过程的认识对采空区热动力灾害监测预警具有重要意义。为此,本文从采空区多孔介质特征和煤自燃气体逸出及温升规律入手,采用理论分析、实验研究和数值模拟相结合的方法,建立了采空区空隙率模型、冒落岩体粒径分布模型、渗透率模型、惯性阻力系数模型以及煤自燃耗氧模型、气体逸出模型、放热强度模型;通过采空区热动力灾害实验获得了煤自燃过程中气体的演化特征和高温热源的迁移规律;建立了采空区热动力灾害风险评价指标体系,确定了采空区风险区域划分方法,揭示了不同高温热源位置下采空区热动力灾害风险区域动态演化规律,论文研究取得的主要成果如下:（1）建立了采空区空隙率模型、破碎岩体粒径分布模型以及渗透率模型、惯性阻力系数模型,对采空区多孔介质特性进行了准确表征。基于上覆岩层移动理论,引入sigmoid函数体现采空区横三区的分布特点,建立了基本顶以及裂隙带岩层沉降模型,并根据冒落岩体粒径与应力的关系,构建了采空区冒落岩体本构关系模型;发现采空区空隙率分布呈簸箕形,自然堆积区、巷帮影响区内空隙率最大;发现随着应力的增加,冒落岩体粒径呈指数式下降;建立了Ergun方程系数A、B与粒径、空隙率的耦合关系式,发现随着空隙率的增大,系数A逐渐增大,而系数B逐渐减小;随着粒径的增大,系数A逐渐增大,而系数B逐渐减小;通过引入破碎岩体渗透率、惯性阻力系数形状因子,建立了采空区渗透率、惯性阻力系数修正模型,破碎岩体渗透率、惯性阻力系数形状因子与粒径呈良好的幂函数关系,修正模型适用于粒径0.75～120 cm、空隙率0.1～0.6的破碎岩体。（2）构建了煤自燃过程中耗氧模型、气体（CH4、CO、CO2、C2H4）逸出模型及放热强度模型,发现了温度、O2浓度对煤自燃各阶段的影响规律。通过煤程序升温实验发现,当煤温较低时,温度是影响耗氧速率的关键因素,不同O2浓度条件下,煤耗氧速率差异较小;随着煤温的升高,温度和O2浓度共同影响煤耗氧速率,不同O2浓度条件下,煤耗氧速率增长幅度出现差异;煤温继续升高,煤耗氧速率趋于平缓,O2浓度是影响耗氧速率的关键因素。CO、CO2生成速率是一个关于温度、O2浓度的二元函数,当煤温较低时,温度是影响CO、CO2生成速率的关键因素;随着温度的升高,温度和O2浓度共同影响CO、CO2生成速率。CH4、C2H4浓度皆随煤温呈幂函数关系变化;CH4、C2H4生成速率是一个关于温度的一元函数,温度是影响烷烯烃生成速率的关键因素,O2对烷烯烃的生成影响较小。通过数值模拟研究发现,在升温初期,煤样内部出现低温点;随着加热温度的升高,煤样内部出现两个温度极限区,在进气口位置出现高温点,在出气口位置出现低温点;加热温度进一步提高,低温点消失,仅在进气口出现高温点。（3）研究了煤自燃过程中采空区多场耦合演化规律,创建了采空区热动力灾害风险评价方法,揭示了不同高温热源位置下采空区热动力灾害风险区域动态演化规律。基于多孔介质气体流动特点以及传热传质特征,搭建了采空区热动力灾害实验平台,通过实验获得了采空区多场耦合演化规律,发现在中低温氧化阶段,煤自燃形成的高温范围限定在自燃点周围的一个小区域,煤自燃对O2浓度场、CH4浓度场的影响很小,CO、C2H4在热源周围形成富集区。通过数值模拟研究发现,回风侧热源产生的温度扰动要强于热源在进风侧以及采空区中部;高温热源在进风侧时,热源产生的CO、C2H4量要高于热源在进风侧以及采空区中部。综合气体爆炸浓度指标和煤自燃进程危险评价指标,建立了采空区风险评价指标体系;根据风险值的大小,将采空区风险划分为特大风险、重大风险、较大风险、一般风险、低风险、安全六个等级。基于气体浓度、温度的多物理场指标,构建了采空区风险区域划分方法。随着煤氧化放热强度的增大,采空区危险区域呈扩大态势;高温热源在进风侧时,采空区的危险区域增大范围要大于热源在采空区中部和回风侧。研究成果揭示了煤自燃过程中采空区危险区域动态演化机制,为热动力灾害预警提供了理论指导。论文研究期间,完成SCI论文4篇,正式发表2篇;申请国家发明专利2项,授权1项。本论文有图117幅,表27个,参考文献212篇。