中国煤炭资源总量位列世界第三,在煤炭建设、开采及洗选加工过程中产生了大量的煤矸石。目前,煤矸石已成为我国排放量和堆存量最大的工业废弃物,其极易发生自燃,释放有毒有害气体、造成土壤、水资源重金属污染,甚至还会造成崩塌、滑坡、爆炸等重大灾害,严重破坏了生态环境,并且威胁人民生命财产安全。因此,全面治理矸石山自燃,建立稳定的矸石场环境刻不容缓。国内在针对煤矸石自燃的治理实践中,仅仅通过覆土、压实、灌浆等措施来抑制氧气的流入,不能做到因地制宜,常常出现治理效果不佳的问题,复燃现象层出不穷。究其根本,是对煤矸石山内部温度场分布不明确,对煤矸石自燃机理模糊,使得治理措施不到位。因此,为了提出有效的措施来防治矸石山自燃,探究煤矸石山内部的温度分布规律,并进行自燃动态演变模拟具有重要的意义。阳泉市荫营煤矿矸石山内部自燃多年,表面发生过明火,危害显著,再次产生明火的隐患很高,迫切需要治理。本文以荫营煤矿矸石山为研究对象,在充分调研、资料收集分析的基础上,对15#煤矸石进行成分分析和工业分析,明确矸石山自燃机理,首次建立了矸石山自燃温度监测系统,利用热电偶实时监测阳泉市荫营煤矿矸石山不同深度的温度,借助统计学方法分析了水平和竖直方向温度分布规律,采用最小二乘法建立了浅深层温度间的拟合模型,并进行拟合优度检验和显著性分析。之后在借鉴前人成果的基础上,充分利用多孔介质流体动力学、多孔介质传质学、多孔介质传热学等相关知识,将煤矸石和空隙中的空气定义为多孔介质,将矸石山自燃当做空气渗流速度场、氧气浓度运移场以及温度场三场耦合的结果,根据实际情况建立几何模型、数学模型,利用有限元法建立仿真模型,模拟得出1～5年内矸石山内部的温度变化情况,并通过改变风速和覆土厚度的大小,模拟预测了其对矸石山自燃的影响。主要得出以下结论:1.矸石山在水平方向上可分为三个分区,分别是高温区、中温区和低温区。高温区主要分布在靠近边坡的一侧,该处测点温度随着深度的增加先升高后降低,在6 m处温度达到峰值。平台最高温度667℃,位于地表以下6 m水平线与斜坡以下6 m平行线的交点处,说明距表面6 m自燃倾向性最高;一元二次模型拟合效果更佳,回归效果显著,可作为浅层温度估算深层温度的经验回归公式。2.多场耦合仿真模拟误差较小,模型可靠,可以较准确的模拟矸石山内部自燃动态演变过程。矸石山内部的空气流速从边坡到内部不断降低,氧气浓度从边坡和顶部到内部不断降低,温度场起初整体升温较快,随后温升速率不断降低,最后趋于稳定,并且高温区域温度场的分布为从边坡向内部不断推移。此外,随着风速的增大,温度先上升后下降,最高点风速为1 m/s。随着覆土厚度的增加,温度先下降后上升,最低点覆土厚度为1.5 m。煤矸石治理是一项长期且艰巨的任务,本研究为揭示煤矸石山内部温度分布特征以及自燃动态演变提供了思路,本研究可为后续煤矸石自燃的防治和降温措施的实施提供理论依据,对防治矸石山复燃有重要的意义。由于煤矸石山自燃问题的复杂性,很多研究具有局限性,未来应当对煤矸石深层温度以及热物参数深入研究,为自燃防治提供更科学的参考。