地下煤火灾害浪费大量煤炭资源,影响煤矿生产的安全,同时造成自然环境的污染,严重威胁周边居民的健康。深入了解煤的自然发火机理,掌握地下煤火发生及发展的基本规律,开展地下煤火系统的热动力学研究,对于煤火的预防、探测和治理具有重要的指导意义。现有研究中针对盖层和地表热异常现象的研究较少,对于空气自然对流作用下的煤氧反应进程研究不足。针对上述问题,本研究根据地下煤火传热及传质特性,采用中间通孔的氧化铝多孔陶瓷模拟煤层上方的盖层,利用底部加热方式加速煤氧反应进程,设计并搭建了一套包含大尺度地下煤火基本要素的实验系统。通过监测煤样温度、烟气温度、盖层表面温度分布和CO、CO₂体积分数随时间的变化,分析了不同阶段的煤氧反应特性。通过改变实验过程的相关参数,从盖层、加热方式和煤体三个方面进行了参数化研究,分析了这些因素对煤自燃的影响。最后将本实验结果结合之前的文献研究对烟气中CO和CO₂的变化规律进行了总结。结果表明,供氧条件是决定煤氧反应强度的主要限制因素,在供氧良好的前提下,煤层蓄热条件主要影响达到自燃状态所需的时间;煤层越厚,缓慢氧化阶段越久,而对于快速氧化阶段的时间影响不大;含水率较低的煤在相同的蓄热及供氧条件下更容易发生自燃,对煤氧反应的早期影响更为显著,但对煤的燃烧温度影响很小;CO₂/CO比值的下降趋势适用于本实验所有盖层厚度和裂隙条件,烟气中CO₂浓度比CO始终高至少1个数量级,该值对于高温反应阶段是一个很好的指标,而在低温阶段则依赖于较多因素。上述研究结果对于探测和预防地下煤火具有一定的指导意义。