采空区煤自燃是矿井的主要灾害之一。当前国内外许多矿井在下煤层或下区段开采前或者开采过程中,为保证安全开采,往往需要通过钻孔对上煤层或上区段开采后采空区存在的积水进行探放。但由于采空区面积较大,积水区域面积大小不一且位置分布不确定,将采空区内的积水全部排出难度较大,造成采空区探放水周期较长。目前,已在部分矿区发现采空区积水疏放完成后,内部浸水风干后的遗煤发生自燃灾害的频率更高,且自燃发火时间间隔更短。因此,为了防止遗煤自燃事故的发生,对采空区疏放水期间遗煤氧化自燃规律的研究以及提出合理化措施是非常必要的。祁南煤矿含水地层分布广泛,现有的开采技术容易产生大量遗煤,由于注浆防灭火措施以及开采煤层岩体裂隙水的渗透作用,形成了大量的采空区积水区域。在疏放水过程中产生的负压导致空气由漏风通道进入采空区内部,对浸水煤体氧化提供了条件,自燃危险性明显增加。因此,本文分别通过实验室热重分析、相似模型试验、数值模拟和现场实测的方式对祁南煤矿采空区疏放水过程中的遗煤自燃规律进行了研究,揭示了采空区疏放水过程中气体运移特征及长期浸水遗煤氧化升温特性,同时对遗煤自燃防治措施进行了模拟研究,提出了针对采空区疏放水期间的防灭火措施,为煤矿自燃火灾防治提供了参考。首先,对选取的不同变质程度煤体开展了浸水风干煤体自燃特性氧化动力学研究。分别制备了许疃32煤、祁南72煤和涡北8煤原煤以及蒸馏水、矿井水浸泡30天、60天煤样。基于TG-DSC分析技术,采用等转化率法分别计算了原煤和水浸煤的活化能Ea和指前因子A,结果表明无论是使用矿井水还是蒸馏水处理后的煤样,相比于原煤发生自燃所需要的表观活化能都明显降低,导致煤体在相同条件下只需要更少的能量便可发生氧化反应,促进了煤体的低温氧化能力,增强其自燃倾向性,相比于原煤更容易自燃。其次,实验室搭建了采空区放水模拟试验系统,对采空区疏放水过程进行动态模拟试验。利用试验结果探究了疏放水过程中放水速率、漏风速率、内外压差等变化特征,在此基础上建立了采空区疏放水期间煤自燃危险区域划分原则,以氧气浓度值6%～18%作为划定标准,分为影响区、过渡区和安全区。分析了漏风通道、漏风速率等因素对于自燃危险区域分布的影响,同时模拟了疏放水过程中采空区注入不同流量的氮气对自燃危险区域分布的影响规律,由此分析得出最佳注氮参数,对于煤矿采空区疏放水期间的煤自燃防治具有指导意义。再次,开展了采空区疏放水期间自燃规律数值模拟研究。结果表明采取注氮措施后,采空区漏风情况明显改善,连续注氮达到40h以上时采空区内大部分区域氧气浓度能够降低到6%左右,使煤自燃危险区域减小,注氮防灭火措施取得较好结果。通过分析在不同注氮参数条件下压力场分布规律,优化现有注氮措施及工艺参数,与相似模拟试验相互验证。最后,建立了采空区疏放水期间遗煤氧化过程监测体系,对祁南煤矿7225水浸采空区疏放水过程中煤自燃危险区域进行了监测。采用SF6示踪气体检测了采空区疏放水期间的漏风情况,掌握了7225水浸采空区内漏风通道分布,随着疏放水的进行,采空区内外压差增大,造成密闭墙漏风影响范围加大。基于采空区内部气体浓度、压差和温度变化监测结果研究了煤自燃危险区域分布规律,结果表明采空区内外压差、氧气浓度以及温度在疏放水期间均有不同程度的升高,遗煤自燃危险性提高,而在实施了注氮防灭火措施后,各测点处的氧气浓度逐渐下降,温度基本保持不变,有效降低了自燃危险性,达到了注氮惰化的目的。该论文有图55幅,表14个,参考文献86篇。