高瓦斯易自燃采空区是复合灾害条件下重点关联区域,受瓦斯弥散和漏风流场影响,采空区氧气场、瓦斯场和漏风流场相互交汇,遗煤处于非均态差异化含瓦斯氧化环境下。虽然高瓦斯易自燃复合灾害领域开展了诸多研究,但采空区含瓦斯氧化气氛下遗煤氧化特性缺乏系统研究。本文采取宏微观结合、理论分析与实验室实验共用的研究方案,通过相似模拟实验获得采空区流场特征,并以此为依据设计还原性实验方案,系统地再现遗煤在采空区含瓦斯氧化气氛影响下的氧化特性,为复合灾害防治提供理论依据。为获得高瓦斯易自燃采空区氧气场、瓦斯场和漏风流场分布规律,掌握采空区遗煤氧化环境特征,本文结合高瓦斯易自燃原型矿井采空区特征,构建了综采采场三维非均质相似模拟实验台,并通过模拟实验获得采空区多场分布和影响规律。研究表明,随通风负压增加,采空区漏风分界线向上隅角方向移动,瓦斯场和压力场呈现非对称差异化分布。在采空区中部靠回风侧形成瓦斯富集区,随通风负压增加,瓦斯富集区向采空区深部和回风侧移动。结合模糊函数理论分析和自燃“三带”分布特征,表明复合致灾危险核心区域边界主要受瓦斯富集区控制。根据流场特性研究结果,设计了还原性实验方案,以再现采空区遗煤在含瓦斯氧化气氛下的氧化特性。通过含瓦斯氧化气氛下遗煤氧化热动力学特性研究,分析氧化过程热流量及分阶段焓值。研究表明,在不自燃带内,遗煤供氧充足,影响氧化过程主导因素为氧化气氛中的瓦斯,且其处于低瓦斯浓度段;在自燃带内,由于瓦斯稀释效应及遗煤氧化耗氧,遗煤氧化同时受贫氧和瓦斯控制,本区间瓦斯浓度沿进风侧向回风侧递增;在窒息带内,由于遗煤氧化耗氧导致绝对氧浓度较低,遗煤处于未完全氧化状态,影响遗煤氧化进程主导因素是贫氧,由于窒息带处于漏风扰动流场外,瓦斯浓度较高。实验结果显示,影响遗煤氧化的主导因素主要作用于130℃后的氧化段,宏观热表征开始出现分化,高氧氮比、低瓦斯浓度氧化气氛下热流量大、热流增长快。通过对含瓦斯氧化气氛下煤样低温氧化耗氧及产气规律进行研究,表明随温度增加,耗氧速率和CO浓度均会持续增长,约130℃后出现分化,190℃后进入快速增长阶段。分化温度点后,高氧氮比、低瓦斯浓度氧化气氛下,其增长速度快于低氧氮比、高瓦斯浓度,揭示了瓦斯和贫氧对遗煤氧化过程的抑制作用。在高氧氮比条件下,随瓦斯浓度增加,CO初始检出温度上升,初始检出浓度降低;低氧氮比条件下,受贫氧主导因素影响,也呈现CO初始检出温度上升、初始检出浓度降低的特征。从临界温度变化上看,氧氮比0.27的含瓦斯氧化气氛下,随瓦斯浓度增加,临界温度以较快速度增加,表明氧化气氛中瓦斯为主导因素抑制了煤样氧化过程;氧氮比0.17时,随瓦斯浓度增加,临界温度增速趋缓,当瓦斯浓度达到17%后,临界温度不再升高,表明贫氧和瓦斯共同作用下,煤样氧化受到抑制;氧氮比0.07%时,随瓦斯浓度增加,临界温度几乎不变,表明在低氧氮比条件下,贫氧为抑制煤样氧化的主导因素,煤样氧化不足,同时氧化气氛中瓦斯的抑制作用弱化。通过对氧化煤样表面化学结构红外光谱分析研究,表明煤样表面化学结构变化主要集中于与宏观表征相一致的关键节点温度。在缓慢氧化初始温度70℃,宏观表征分化点130℃,快速氧化起始温度190℃,均出现特征峰透光率降低、微观官能团发育。在低温段,由于煤样氧化程度低,含瓦斯氧化气氛对表面结构影响微弱。70℃后,随瓦斯浓度增加含氧官能团透光率整体上呈现升势,表现的抑制效应与CO产出特征相适应。130℃后,氧化速度逐渐加快,宏观表征开始分化,含瓦斯氧化气氛对煤样微观化学结构的影响则呈现分段影响特征,分别表现出抑制和诱导效应。在不同氧化温度,特定氧化气氛对煤样氧化的影响呈现分段差异特性。对应煤样氧化过程主要节点,40℃时,随瓦斯浓度增加,各官能团特征峰透光率整体呈现降低的趋势,转折点瓦斯浓度为17%,表明在高瓦斯浓度下对各官能团均有诱导效应;70℃时,随瓦斯浓度增加,在0%-17%之间对羟基表现为诱导效应,在17%-23%表现为抑制效应,对含氧官能团和芳烃有较明显的抑制效应;130℃时,在瓦斯浓度从0%到5%区间,瓦斯对含氧官能团外所有官能团均存在诱导效应,对含氧官能团的影响,在瓦斯浓度17%前呈现抑制效应,之后表征诱导效应;190℃时,瓦斯浓度增加,对含氧官能团表征抑制效应,对芳烃具有诱导效应;220℃时,对羟基在11%瓦斯浓度前具有较明显的抑制效应,之后为弱诱导效应,对含氧官能团和芳烃在瓦斯浓度11%前为诱导效应,之后为抑制效应。