中文摘要：

我国煤田自燃火灾十分严重，造成巨大的资源损失和环境污染。但是，从另外一个角度看，大面积地下煤火燃烧所产生的热量可被视为一种能加以利用的潜在能源。目前，国内对地下煤火热量提取及利用问题的研究尚处于空白。在实验的基础上，研究用于地下煤火热量提取的重力热管的传热特性，分析热源的温度、蒸汽压力、充液率、热管的几何尺寸以及倾角等参数对其传热性能的影响。通过火区现场实验以及建立煤田火区动态发展动力学模型开展数值模拟，评价重力热管防止地下煤火蔓延扩展的有效性。建立地下煤火双工质发电系统物理模型，分析影响地下煤火发电经济性的主要因素，建立数学模型对地下煤火发电的经济性进行评价。通过研究，为我国大面积煤田自燃火灾的防治及地下煤火热量的利用提供理论基础及技术支持。

结论摘要：

我国煤田自燃火灾十分严重，造成巨大的资源损失和环境污染。但是，从另外一个角度看，大面积地下煤火燃烧所产生的热量可被视为一种能加以利用的潜在能源。目前，国内对地下煤火热量提取及利用问题的研究尚处于空白。在实验的基础上，研究了用于地下煤火热量提取的重力热管的传热特性，分析了热源的温度、蒸汽压力、充液率、风速等对其传热性能的影响。通过对重力热管传热特性的研究发现，从热量提取的角度看，重力热管用于地下煤火热量的提取是可行的；基于实验结果，考虑到热管内的压力和热流率，本研究认为20%到25%的充装率是合适的；风速对热管内的压力和冷凝段的影响较明显，热管内压力和冷凝段的温度均随着风速的增加而显著降低。然而，随着风速的增加，热管的热流率变化不大。以特定的煤层露头火灾为研究背景，采用数值模拟的方法研究煤层露头自然发火规律。通过分析数值模拟结果，得出煤层露头的自然发火规律为 (1) 当煤层露头下部存在较大的漏风源时，松散煤体内的高温点首先出现在距地表较近的浅部煤层，随着煤温的升高，煤的耗氧速度逐渐增大，上部漏风源不能提供煤氧复合所需的氧气量时，高温点将逐步向供氧充足的下部漏风源移动，煤层温度继续升高，最终引起煤的自燃； (2) 当煤层露头下部存在较大的漏风源时，下部漏风源的漏风强度大小对煤层露头自燃火灾的形成和发展速度起主导作用；而当仅有煤层露头漏风时，煤层露头的自燃比较缓慢，随着煤温的升高和高温点的逐步下移，火风压成为主要的漏风动力，对煤的自燃起主导作用。通过对地下煤火产生的热量作为热源用来发电的可行性进行研究，认为双工质循环电厂(Binary Cycle Power Plant)是经济可行的发电方式。研究表明对地下煤火产生的热量进行提取的经济性主要取决于地下温度、钻孔的费用以及电厂的容量等。