采空区是煤矿火灾发生的主要危险区域。随着煤矿开采深度的不断增加,导致井下破碎煤体所处环境地应力增大、地温升高,煤岩破碎程度增大,进一步加剧了采空区自然发火趋势。采空区煤自燃的发生过程及影响因素相对复杂,除受遗煤自燃属性、回采工艺、通风等因素影响之外,还与采空区遗煤赋存状态息息相关。其中,采空区破碎煤体的空隙率、渗透率对其自然发火过程具有重要内在影响。随工作面回采,采空区应力逐渐恢复,在不同的应力状态下破碎煤体具有不同的压实效果,致使碎胀系数不同,进而导致空隙率、渗透率不同。同时,在煤层开采过程中,因上覆岩层裂隙的涌水及注水、注浆等人防工程的实施,导致破碎遗煤的外在含水量增加,致使在开采扰动作用下采空区气-液-固三相介质并存,易形成采动应力场-渗流场-温度场的多场耦合效应,进而作用于煤自燃氧化进程。但是,目前考虑应力、水分叠加作用对煤自燃过程的研究成果并不多见,因此,有必要基于采空区遗煤赋存环境,开展含水承压破碎煤体的氧化特征及内在作用机制方面的研究,为认知采空区气-液-固三相煤低温氧化及自燃过程提供参考。本文基于采空区应力恢复、外来水分及煤自热的客观因素,通过自制试验平台与测试分析,开展了含水承压破碎煤体渗透与氧化特征研究,通过研究获得应力-水分-温度等因素作用下的破碎煤体的渗透规律与氧化特征,揭示含水承压破碎煤体氧化动力行为的差异性与致因,明确应力-水分叠加作用对煤自燃的影响作用机制,主要研究内容如下:1)基于采空区破碎煤体气-液-固三相共存环境及应力恢复现实,以空隙率为指标,构建了采空区破碎煤体气-液-固三相共存关系,结合空隙率对采空区漏风强度、氧气浓度分布及渗透率的影响,归纳分析了空隙率变化对采空区煤自燃过程的影响,明确了承压破碎煤体压实状态对煤自燃过程中传质传热的作用;率先通过同步热分析实验,测试分析了不同外加水分煤样在氧化升温过程中失重速率、临界点温度与初始外加水分含量之间的关系;通过研究发现,随外加水分含量的增加煤样临界温度先降低后升高,试验结果显示在外加水分含量为6%时,煤样的临界温度最低,说明此时煤样自燃危险性最大,证实了煤自燃临界含水量问题。2)通过对不同初始外在水分含量煤样逐级加载试验,测试分析了不同外在水分含量煤样在承压过程中的应力应变曲线、碎胀系数、空隙率演变特征。试验发现,在应力-水分叠加作用下,破碎煤体的碎胀系数随外在水分增加而增加,湿膨胀在一定程度上削弱了应力为主导的应变。采空区应力状态、水分含量及温度场变化将改变破碎煤体的应力应变曲线,进而改变其碎胀系数,致使其空隙率变化,可知在采空区应力场、水分及温度场将作用于煤自燃的发生过程,这为后续研究含水承压破碎煤体的氧化特征提供了事实依据。3)基于采空区破碎煤体气-液-固三相共存环境、破碎煤体传热与传质过程关键耦合参数,理论推导了应力、温度和水分对破碎煤体空隙率、渗透率参数的控制边界方程,辅助承压破碎煤体多孔介质内气体状态、损伤变量、力学参数等耦合关系,建立了含水承压破碎煤体升温氧化过程中空隙率和渗透率演化方程及含水承压破碎煤体升温氧化过程中气-液-固三相耦合模型,为后续研究气-液-固多场耦合条件下承压破碎煤体低温氧化特征提供了理论指导。4)基于空隙率、渗透率在煤低温氧化过程内在作用及所建立的理论模型为指导,开展了不同应力、不同温度状态下含水煤样空隙率和渗透率变化规律试验研究。试验发现,在轴向应力达到6MPa之前,轴向应力相同时随着含水率增大,煤样的空隙率呈先增大后减小的趋势,轴向应力达到6MPa之后,轴向应力相同时随着含水率增大,煤样的空隙率逐渐减小;不同含水量煤样的渗透率与轴向应力之间也满足负指数函数关系,在相同应力作用下,随着含水量的增加,煤样的渗透率逐渐减小。5)实验研究了含水承压破碎煤体的低温氧化反应特征,得到了煤低温氧化过程中放热强度、耗氧速度、氧化衍生气体等指标随应力、温度、含水量的变化规律。基于不同含水量、不同轴向应力加载条件下的破碎煤体低温氧化特性实验结果差异性,在分析含水承压破碎煤体的空隙率演化规律的基础上,结合煤体渗透特性对煤自燃的影响,从耗氧速度、放热强度、导热与传质等方面对含水承压破碎煤体氧化行为的差异性致因和机理进行了研究。6)基于含水承压破碎煤体氧化特征识别,提出了水力化防灭火技术体系,实践了超前钻孔“灌-注-抽”防灭火技术、顶板巷埋管注水淋灌技术、采空区倾向插管等“高低位”相互配合的水力化防灭火技术,通过工业性试验,结果表明,在立体水力化技术措施干预下,工作面上隅角、顶板巷内的CO浓度明显降低,采空区自燃氧化带宽度明显缩短,煤体自燃倾向性等级降低,工作面推进过程中采空区最高温度降低。水力化措施的实施有效抑制了煤氧化自燃进程,有利于实现工作面的安全回采。本论文有图65幅,表8个,参考文献122篇。