我国每年通过煤矿通风瓦斯排入大气的甲烷约为130-170亿m3,煤矿通风瓦斯具有甲烷浓度低(<1%)、富集难、气量大等特点,传统的处理方式是直接排空,这造成了严重的能源浪费和温室气体排放。本文针对此现状,对煤矿通风瓦斯的蓄热式氧化过程进行了理论分析和数值模拟,在设计搭建的蓄热式氧化处理实验装置上,通过实验研究了装置的运行规律,并实现了装置结构进行了优化,并通过理论计算和分析,对实验数据进行比较验证。进行了放大装置的参数研究,分析选择了放大装置的热回收方式,并进行了技术经济性能分析。本文对蓄热体内的非稳态传热过程进行了理论分析,采用蓄热式换热理论进行了装置的自维持条件分析,得到了体积系数这一影响装置的自维持条件的关键参数。使用数值模拟的方法,建立耦合传热、流动、反应的周期性切换的简化物理模型,模拟通风瓦斯的蓄热热氧化过程,研究蓄热式氧化过程中的自维持特性。对最大处理量为1000Nm3/h的实验装置的蜂窝陶瓷蓄热室进行了设计计算和影响参数分析。在搭建的实验装置上,通过燃烧器产生高温烟气预热蓄热室的燃气启动方式,实现了装置在4小时内预热启动,使装置内温度场达到实验所需的理想温度场,并形成了装置常规的启动方式。通过热态调试,实现了装置单次自维持连续稳定运行超过200小时。对实验装置运行规律进行了研究,包括装置变工况运行性能、运行工况范围、各运行参数(风量、进气甲烷浓度、切换时间)的影响规律。实验结果显示,该装置可在入口气速1.23-0.62m/s、进气甲烷浓度0.45-0.9%范围内长期稳定运行,平均甲烷氧化率>95%。通过不同蓄热室结构的对比实验,实现了蓄热室结构的优化。结合实验数据,通过对实验装置能量平衡的计算分析,得到了装置理论运行的最低自维持甲烷浓度和通风量,并和实验结果进行了对比。进行了装置排烟温度、散热量、甲烷转化率对装置自维持最低甲烷浓度的敏感性分析。采用无量纲分析方法,计算了不同体积系数下装置的最低自维持甲烷浓度,与实验结果比较吻合。在实验研究的基础上,研究了大规模装置设计和运行的关键参数取值或取值范围。针对单台处理能力为10万Nm3/h的煤矿通风瓦斯处理装置,分析选择了热回收方式,并进行了技术经济性能分析。