三相泡沫防灭火技术能集灌浆、注氮、喷洒阻化剂的防灭火优势于一体,在煤矿防灭火中得到广泛应用,但由于缺乏对其流动特性的研究,导致三相泡沫的应用工艺设计缺乏理论支持,对其在采空区中的防灭火作用也认识不足,为此,论文从研究三相泡沫基本流变特征入手,重点对三相泡沫在采空区的流动特性进行了较系统的研究。研究成果对于优化三相泡沫应用工艺设计,提高三相泡沫防灭火效率具有重要作用。为得到三相泡沫的粘度特征,论文开展了三相泡沫的流变性研究。测试了三相泡沫的剪切应力与剪切速率关系,采用灰关联分析法优选了三相泡沫的流变模式,建立了三相泡沫的本构方程,指出三相泡沫是一类屈服假塑性流体;计算了三相泡沫在采空区的启动压力梯度,结合对工作面进回风侧间压差的理论分析,认为采空区漏风动力不足以驱动采空区内的三相泡沫,基于此,指出三相泡沫具有阻断采空区漏风,减少灾害气体涌出的功能。为了给理论研究三相泡沫的渗流特性奠定实验基础,论文制作了渗透装置,构建了实验测试系统,开展了三相泡沫渗流特性的实验研究。测取了三相泡沫渗流压降和流量之间的关系,分析了三相泡沫渗流的阻力特性,结果表明:低速渗流阶段三相泡沫具有较为明显的剪切稀化特征;浆液的浓度、多孔介质的渗透率是渗流阻力的主要影响因素,而发泡倍数对三相泡沫的渗流特性影响较小;采用通过本构方程得到的表观粘度对渗流实验进行了数值计算,得到了与实验数据相一致的结果,证明基于本构方程的表观粘度可用于三相泡沫的渗流计算,进而找到了理论计算三相泡沫渗流特性的途径。在实验研究和理论分析的基础上,确立了三相泡沫在采空区的渗流方式,应用多相流、渗流理论建立了三相泡沫在采空区渗流的三维非稳态数学模型;为对数学模型进行验证,在露天矿原小煤窑大范围采空区火灾的治理中开展了三相泡沫流动特性的试验与数值模拟研究,现场考察了三相泡沫的堆积高度,扩散距离等流动特性,并通过模拟结果与现场观测的对比对数学模型进行了验证。针对采空区空间隐蔽,现场观测三相泡沫流动特性难度大的特点,论文将CFD模拟技术引入到三相泡沫在采空区流动特性的研究中,提出了三相泡沫在采空区中流动特性的数值模拟方法。采用该方法研究了通过上顺槽预埋管灌注时,三相泡沫在综放面采空区中的渗流特性,得到了三相泡沫在采空区中的堆积高度、扩散宽度以及主要影响因素。研究表明,三相泡沫的流动特性受工作面倾角和灌注流量的影响较为显著,随灌注流量的增加三相泡沫的堆积高度和扩散宽度都会增加;随工作面倾角的增加,三相泡沫的扩散宽度有大幅减少,而堆积高度变化不明显;通过大量模拟研究,绘制了堆积高度、扩散宽度与流量和工作面倾角之间的关系曲线。在实验和理论研究成果的指导下,对三相泡沫防治煤炭自燃的工艺进行了优化设计与应用,解决了大型综放面采空区防火、大范围地表采空区煤自燃火区治理、综放面近采空区隐蔽火源治理等技术难题,取得了较好的防灭火效果,三相泡沫的防灭火效率得到了充分发挥。