氮气作为一种防灭火技术具有灭火迅速、效果显著、安全可靠、操作简单等优点而受到国内外的广泛关注，本文通过理论分析、数值模拟和现场应用相结合的方法，以井下实测数据为基础，理论分析和数值模拟为先导，模拟低温氮气在采空区内运移规律，优化现场注氮工艺。首先根据低温氮气防灭火特性研究液氮防灭火工艺，综合分析液氮直注式和液氮汽化式工艺存在的问题，并提出了液氮可控温式汽化工艺，克服了液氮远距离输送难以保温、极易汽化、冻坏管路等问题。通过对采空区上覆岩层垮落特征、垂直三带高度的分析，研究了采空区碎胀系数、孔隙率、渗透率、粘性阻力系数之间的关系及其在采空区内的分布特性，为编制孔隙率和粘性阻力系数UDF提供了重要的依据。通过推导采空区内气体流动基本方程，建立了采空区风流运移模型，模拟采空区内温度场、气体浓度场及风流场，得出低温氮气在采空区内运移规律。提出了采空区惰化降温指标，并根据指标定量分析温度和流量对采空区惰化降温效果的影响，得出了采空区内最佳注氮位置和最佳注氮流量，并综合分析注氮对工作面氧气浓度的影响。最后，结合理论分析及数值模拟结果，并根据神华宁夏煤业集团羊场湾煤矿120204工作面自然发火情况，优化设计了现场注氮工艺，确定了其实际注氮钻孔位置及注氮流量。通过监测工作面CO浓度和气体温度，分析了注氮对工作面采空区的惰化降温效果。