地下煤火是地下破碎煤体发生煤氧复合作用而形成一定规模的燃烧，并能够影响环境的煤自燃现象。燃空区冒落岩体孔隙、覆岩裂隙、地表裂隙是煤层自燃的漏风供氧、烟气和热量逸散通道，是煤氧复合、蓄热升温、高温燃烧的重要影响因素，决定着煤火燃烧空间的气体浓度场、流场和温度场分布。因此，研究地下煤火空间空隙率的分布及变化规律对掌握地下煤火发生、发展过程的热、质传递规律尤为重要。本文基于岩体结构的“砌体梁”力学模型、岩层板破断理论和随机介质移动理论，构建了地下煤火空间空隙率的分布模型，包括燃空区冒落岩体孔隙率的连续和随机离散化非均质分布模型、由离层裂隙和破断裂隙组成的覆岩裂隙空隙率的竖向不连续具有各向异性的非均质分布模型和地表裂隙率的随机介质统计模型，揭示了煤火空间空隙率的三维分布及动态变化规律。结合实例研究发现燃空区浅部及边缘侧对应的冒落岩体、覆岩裂隙、地表裂隙空隙率大（分别高达0.55、0.6、0.3），燃烧系统的热质传递通道大多分布于此，且煤火多发生于此，而中间区域空隙率小；煤火空间边界及埋深浅部覆岩裂隙以破断裂隙为主，而内部及埋深深部覆岩裂隙以离层裂隙为主；由于覆岩破断下沉的不协调性，在燃空区内会出现覆岩裂隙空隙率竖向变化分界点（分界点一侧空隙率随覆岩远离煤层而降低，而另一侧则升高），且分界点在燃空区的深度由大到小的排序为离层裂隙空隙率、总空隙率和破断裂隙空隙率；已发育完全的裂隙随着时间推移呈负指数形式衰减，且随着煤层燃烧速度的增加，其衰减速度逐渐增大，而未发育完全的裂隙则先增大后衰减；随着煤层燃烧，与燃烧发展方向平行的地表裂隙逐渐沿燃烧发展方向延伸，而与燃烧发展方向垂直的裂隙则逐渐闭合，同时在燃烧区域的超前位置生成新的与燃烧发展方向垂直的地表裂隙。基于煤岩体的塑性屈服理论，并结合燃烧煤层煤样的热重分析技术和燃烧反应动力学理论，提出了一种地下煤火火区发展速度的概略计算方法，并实例计算得到新疆奎屯安集海火区的发展速度为0.16m/d。构建了内嵌模糊层次分析法火区态势分级、层次分析法灭火技术优选、模糊综合法治理效果评价、事故树分析法治理方案改进的地下煤火治理PDCA循环管理体系，实现了地下煤火治理方案的设计、实施、评价与改进的可控循环、逐次完善。优选出联合三相泡沫、细（氮气）水雾、稠化砂浆，集“降温、稀氧、封堵”于一体的场作用综合火区治理技术体系。