采空區自然發火是井下重大災害之一，也是煤礦生產領域研究的問題。本書在分析煤自燃特性參數及采空區內產熱與散熱規律的基礎上，利用數值模擬技術提出了采空區自燃發火的能量遷移理論，闡述並揭示了采空區自然發火的多場耦合致災過程和機理，建立了三維多場耦合數學模型；確定了四控制體的合理圈劃方案，提出了一種具有較高精度的有限體積法的新算法；利用新算法離散自然發火模型，編制了“采空區自然發火三維仿真繫統”，結合現場參數，模擬得到了注氮前後及停采狀態下的采空區各場分布情況，分析了速度、遺煤厚度及工作面風量等對自然發火的影響；提出了一種以工作面上隅角一氧化碳湧出量來定量評估采空區自然發火風險的新方法，提高了采空區自然發火早期預報的準確性，還自主研發了一種新型干冰快速升華裝置，即干冰相變發生器，成功處置了井下的早期自然發火。

前言

第1章 緒論
1.1 煤礦煤自燃災害現狀
1.2 國內外研究現狀
1.2.1 煤自燃的相關理論研究
1.2.2 煤自燃過程的實驗研究
1.2.3 采空區自然發火數值模擬研究
1.2.4 研究發展趨勢

第2章 煤低溫氧化實驗方法
2.1 煤低溫氧化實驗繫統
2.2 煤自燃的特性參數
2.2.1 標準耗氧速率
2.2.2 標準CO生成速率
2.2.3 標準放熱強度
2.3 遺煤粒度分布特征
2.4 氧氣濃度的影響
2.4.1 煤樣制備及實驗過程
2.4.2 實驗結果及分析
2.4.3 討論及驗證
2.4.4 采空區耗氧速率與c0生成速率
2.5 粒度的影響
2.5.1 煤樣及實驗過程
2.5.2 實驗結果及分析
2.5.3 混合煤樣耗氧速率
2.5.4 討論
2.6 揮發分的影響
2.6.1 煤樣及實驗過程
2.6.2 實驗結果及分析
2.6.3 討論
2.7 本章小結

第3章 采空區自然發火多場耦合致災機理
3.1 采空區自然發火的能量遷移理論
3.1.1 采空區移動坐標繫
3.1.2 采空區自然發火的能量遷移理論
3.1.3 采空區高溫度預判方程
3.2 采空區自然發火的多場耦合機理
3.2.1 采空區中“場”的概念
3.2.2 采空區內的產熱與散熱規律
3.2.3 采空區多場耦合作用的機理及過程
3.3 采空區自然發火的多場耦合數學模型
3.3.1 方向導數與梯度
3.3.2 采空區流場數學模型
3.3.3 采空區滲流參數
3.3.4 采空區氧氣濃度場模型
3.3.5 采空區冒落煤岩固體溫度場模型
3.3.6 采空區氣體溫度場數學模型
3.3.7 采空區自然發火的多場耦合三維模型
3.4 本章小結

第4章 三維模型離散方法
4.1 導熱微分方程
4.1.1 控制方程
4.1.2 邊界條件
4.2 法離散
4.2.1 導熱的方程
4.2.2 插值函數
4.2.3 類邊界及的離散化
4.2.4 第二類的離散化
4.2.5 第三類的離散化
4.2.6 有向曲面的熱通量
4.2.7 導熱積分方程的推導
4.2.8 邊界條件
4.3 有限體積法離散
4.3.1 四面體網格節點的控制體
4.3.2 導熱的有限體積方程
4.3.3 插值函數
4.3.4 類邊界及控制體的離散化
4.3.5 第二類控制體的離散化
4.3.6 第三類控制體的離散化
4.4 法與有限體積法對比
4.5 本章小結

第5章 自然發火模型的離散及求解
5.1 模型中的參數離散處理
5.1.1 采空區氣體密度
5.1.2 采空區孔隙率、滲透率
5.2 采空區流場模型的離散
5.2.1 控制體與插值函數選取
5.2.2 采空區流場方程離散
5.2.3 流場邊界處理
5.2.4 采空區速度方程的離散
5.3 采空區氧氣濃度場模型的離散
5.3.1 控制體與插值函數選取
5.3.2 采空區氧氣濃度場方程離散
5.3.3 氧氣濃度場邊界處理
5.4 采空區溫度場模型離散
5.4.1 控制體與插值函數選取
5.4.2 冒落煤岩固體溫度場離散
5.4.3 氣體溫度場離散
5.4.4 溫度場邊界處理
5.5 采空區解