中文摘要：

我国煤田火灾严重，每年造成大量资源损失，并对生态环境造成严重破坏。煤田火灾是半封闭裂隙介质中的多元燃烧与多场耦合的复杂动力系统，目前还没有较完善的相关力学体系。本项目应用程序升温氧化、热分析等实验，结合现代分析技术，研究火区煤层氧化、气化与热解反应的机理，确定反应动力学参数；运用MTS加温加载实验，结合SEM、X衍射等检测技术，研究煤（岩）在应力、温度及流体共同作用下的破坏规律、煤（岩）损伤和变质的微观机理，以及该过程中传热、渗流及扩散等参数的变化规律；通过现场调研和监测，研究典型煤田火区的空间特点及传热传质规律；理论分析煤炭多元燃烧、传热、传质、岩石在不均匀应力及温度场中的应变与破坏等耦合作用，建立煤田火区动力系统的物理模型及动力学模型；开展数值模拟，研究火区的发展规律和控制因素。通过项目研究，建立煤田火区多场耦合的动力学体系，为煤田火灾防治奠定理论基础。

结论摘要：

我国煤田火灾严重，每年造成大量资源损失，并对生态环境造成严重破坏。煤田火灾是半封闭裂隙介质中的多元燃烧与多场耦合的复杂动力系统，通过现场观测结合理论分析与实验，进行煤田裂隙介质中燃烧的机理及动力学研究，为煤田火灾防治奠定理论基础。将煤升温氧化实验和红外光谱分析相结合，研究了煤升温氧化过程中煤结构的变化，提出了煤自燃反应机理，及通过红外光谱分析煤中氧化活性官能团含量确定煤自燃倾向性的方法。利用TG-DSC联用技术研究了煤样在不同气氛、不同升温速率下的氧化及热解规律，据此计算了煤样燃烧反应动力学参数，分析了CO2气体对煤氧化燃烧过程的影响。运用近球形气体爆炸实验定量研究了煤田火区气体爆炸过程，计算出总反应的表观动力学参数，分析了反应机理。研究了煤岩破坏机理及其破坏与渗流的耦合及实际煤田渗流规律。三轴压缩条件下的渗透性试验表明，煤岩样轴向承载能力随着围压增大呈增大趋势，煤的破坏服从Coulomb-Mohr准则。三轴应力加载初期，煤样渗透率变化不大，在变形进入弹塑性段，试件中产生大量微裂隙，渗透率趋向增长，在峰值附近由于裂隙贯通，渗透率急剧增长。采用SF6示踪气体测定了柠条塔煤田裂隙漏风规律，计算表明裂隙等效水力宽度展布方向与背斜轴一致，即裂隙分布受地质构造控制。建立了煤田火区气体在裂隙中扩散、自然对流、气固相在煤表面的氧化与气化反应、气态产物在裂隙中的燃烧和煤体受热破坏的数学模型。数值模拟研究了煤田火区进行了动态发展过程，为火灾防治奠定了理论基础。项目成果获陕西省科技进步一等奖1项，出版学术著1部，发表期刊论文16篇，会议论文3篇。