采空区火灾是矿井火灾的主要类型之一,而采空区火灾一般是遗煤自燃引起的。遗煤自燃是需要一定过程的热量积累,较难及时地发现,因此对遗煤自燃的预防尤为关键。遗煤一旦发生自燃,会造成危害,对遗煤自燃的治理也十分重要,因此需要使用高效、便捷的防灭火技术。氮气-细水雾两相流防灭火技术是一种对人员和设备危害较低、防灭火效果好、对环境友好的防灭火方法。本文分析氮气-细水雾两相流的防灭火机理,验证氮气和细水雾均具有很好的效用性,完善了氮气-细水雾两相流防灭火技术,分析了氮气-细水雾两相流的流动理论,研究了在此基础上,使用FLUENT软件分别进行速度对氮气-细水雾两相流采空区流动特性的影响模拟、喷嘴对氮气-细水雾两相流采空区流动特性的影响模拟,进而研究氮气-细水雾两相流防灭火技术的应用。本文的主要成果为:(1)本文从煤炭燃烧的机理出发,分析在燃烧的四个阶段,氮气-细水雾两相流降温和阻隔氧气的作用对燃烧有减弱的能力。氮气-细水雾两相流的防灭火机理主要为降温、隔绝氧气、降低热辐射,同时也通过拉伸火焰和破坏性膨胀,破坏火焰结构。(2)随着氮气速度的增加,氮气-细水雾两相流的速度增加,氮气-细水雾两相流的速度分布均匀,呈现出对称分布的特征。随着细水雾速度的增加,氮气-细水雾两相流的速度减少,氮气-细水雾两相流的速度分布均匀。随着氮气的质量分数增加,氮气-细水雾两相流的速度增加,采空区的速度分布更为均匀。(3)随着喷嘴位置沿着采空区长度方向不断深入,氮气-细水雾两相流的速度会不断降低。将喷嘴布置于工作面端头时,存在较大的低速和高速区域,速度分布不均匀。将喷嘴布置于距工作面端头10m处、20米处时,存在较小的低速和高速区域,速度分布均匀。随着喷嘴数量的增加,氮气-细水雾两相流的速度增加,采空区四角的低速区域的面积不断增大,采空区左右两侧的高速区域的面积不断增大,采空区的速度分布不均匀。(4)优化了输送管路,研究管路的配置;研究了合适的氮气-细水雾两相流的使用方法,设计了工艺流程;指出了氮气和细水雾泄露的防治措施。