煤炭是我国现阶段的主要能源,为解决煤矿采空区残煤自燃制约我国煤炭安全高效开采的问题,提出利用超临界CO₂作为采空区防灭火材料的新型采空区防灭火技术。论文采用理论与实验相结合的方法对采空区残煤自燃注超临界CO₂防灭火性能进行研究,主要研究工作与取得的成果如下:自主研制了超临界CO₂发生系统与模拟采空区遗煤自燃试验系统。超临界CO₂发生系统具有对高压釜内液态CO₂升温加压,产生不同温压条件的超临界态CO₂功能。研制的模拟采空区遗煤自燃试验系统可按实际采空区尺度调整比例,模拟采空区实际环境。在不同温压条件的超临界CO₂防灭火实验中,得到采空区内残煤、空气降温呈强负线性变化规律,停止注入后,小范围回温符合反二次函数特征;相同温度下超临界CO₂灭火,高压比低压降温效果好,12MPa、39℃超临界CO₂对残煤的降温能力是8MPa、39℃超临界CO₂的1.5倍;不同监测点的降温速率变化规律得到,超临界CO₂的降温速率均衡稳定,衰减慢。在液态CO₂与N₂防灭火实验中,与超临界CO₂防灭火性能对比,得到超临界CO₂的降温性能优于液态CO₂与N₂,12MPa、39℃超临界CO₂对残煤的降温性能是6MPa、30℃液态CO₂的1.7倍,约为6MPa、39℃N₂的10倍;超临界CO₂膨胀速率快于液态CO₂汽化与N₂膨胀,12MPa、39℃超临界CO₂降氧速率比6MPa、39℃N₂与6MPa、30℃液态CO₂快12.5%,N₂和液态CO₂的速率基本一致。在CO₂影响煤自燃特性实验中,得到受CO₂作用煤样的平均耗氧速率低,煤样自燃倾向性弱;煤样氧化并经过CO₂作用后具有较为稳定的升温特性,平均升温速率变慢30%,在25℃到165℃之间,受CO₂作用煤样的升温特征呈正线性变化,在165℃到200℃时,升温情况呈正指数增长规律。基于P-R真实气体状态方程,运用工程热力学相关理论,计算了超临界CO₂的吸热量与注入量。计算得到12MPa、39℃超临界CO₂的吸热能力为6MPa、30℃液态CO₂的1.5倍,约是6MPa、39℃N₂的10倍,与实验中超临界CO₂吸热降温性能的比例相近,得到验证。基于组分质量守恒方程,推导出煤样的平均耗氧速率计算公式,结合实验数据得到了经过CO₂作用前后煤样的平均耗氧速率变化曲线。该论文有图60幅,表8个,参考文献83篇。