我国大部分矿井具有火与瓦斯共存的特点,随着综采技术在煤矿现场的大量应用,综放工作面采空区火与瓦斯协同防治已经成为矿井灾害防治的重点工作之一。论文以数值计算、实验分析及现场测试为手段,对回采过程中采场上覆岩裂隙演化过程、采场三维模型、煤自然发火阶段特征、采空区瓦斯爆炸特性及采空区瓦斯与火综合防治进行了研究,并对现场实际应用进行了测试分析。论文以公乌素煤矿011604工作面为原型,借助模拟软件通过对模型不同层位下预埋测线,对煤层不同推进度下覆岩移动规律、覆岩破坏规律及覆岩应力分布规律进行了研究,揭示了采场上覆岩随工作面推进中的演化过程。通过对不同推进度下覆岩下沉量的监测分析,确定了采场冒落带及裂隙带的高度,覆岩下沉位移云图显示裂隙发育在走向及倾向上均为梯形状态;通过对采动过程中弹塑区的发育研究,从空间及时间上分析了覆岩破坏规律;通过对采动过程中压、拉应力变化,从应力角度分析了覆岩裂隙演化的过程。基于UDEC数值计算软件分析了覆岩变形、离层及失稳的垮落过程,并对测试值及模拟值进行了比对分析。通过数值计算、理论分析、现场实测,综合确定了采场三维梯形结构模型尺寸,其中上覆岩冒落带高度为15m,裂隙带高度为46m,走向裂隙带工作面上部宽度为34.6m,走向裂隙带开切眼上部宽度为33.8m,倾向裂隙带上部宽度均为24.5m,开切眼处断裂角为62°,工作面处断裂角为58°,工作面进、回风处断裂角均为62°。选取矿井多个煤样采用自然发火升温实验对不同温升阶段气体产物规律进行了研究,针对实验煤样特点确定了煤自然发火预测预报指标体系,通过不同氧浓度下煤样的气体产物及氧化热力学特征确定了实验煤样的自然发火临界氧浓度指标为7%。借助瓦斯爆炸数值计算软件,从爆炸前后压力、温度、中间产物及关键反应步的变化,对煤样自然发火不同阶段伴生气体对瓦斯爆炸的影响进行了分析,其中,缓慢氧化阶段伴生气体抑制瓦斯爆炸、加速氧化阶段及激烈氧化阶段伴生气体促进瓦斯爆炸。针对惰性气体CO2及N2对煤样氧化自燃过程三个阶段中对瓦斯爆炸抑制作用的比对分析,显示C02气体对瓦斯爆炸的抑制作用更为明显。文中依据多孔介质渗流力学理论对采空区内气体的流动展开研究,以计算所得三维梯形结构采场为模型,借助Fluent数值计算软件分别对U型、U+L型、U+L+注气等三种不同通风方式下三维采场内瓦斯运移及氧浓度分布进行了模拟,提出了针对瓦斯超限及采空区自燃发火预防的协同防治方法。以公乌素煤矿011604综放面采空区为例,根据文中研究成果,针对自然发火及瓦斯问题提出了注入CO2气体的惰化抑爆方案,针对不同注气量下自燃氧化带最大宽度的变化进行曲线拟合,根据相关规定确定了自燃氧化带的最大宽度、回采速度、停滞时间及煤最短自然发火期之间的动态平衡关系,从理论上确定了 CO2气体注入采空区的防灭火参数。现场监测数据显示,所制定的方案对防治采空区自然发火起到了积极作用。