宁夏宁东煤田主要开采易自燃煤层,自然发火期最短18天,采空区煤自燃灾害频发。在综放面开采过程中、停采撤架期间与大采高工作面发生过多起煤自燃封闭工作面事故,其中在羊场湾II020210工作面采取传统灭火措施后存在短时间内发生复燃现象。宁东煤化工基地每年产生大量二氧化碳废气,若将二氧化碳液化并利用其降温、惰化等功能,进行规范化和常态化地用于煤层自燃火灾治理与预防中,将形成安全生产与废物利用的双赢局面。论文基于液态二氧化碳的惰性与低温性质,选取宁东典型煤样为研究对象,通过实验分析液态二氧化碳在松散煤体中吸附、降温与扩散规律,利用数值模拟软件模拟不同工况下采空区二氧化碳运移规律与对应的传质传热过程,开展了大流量液态二氧化碳管路输送高效防灭火关键技术研究并对现场复杂条件下的煤自燃灾害防治进行应用研究,结果表明:(1)液态二氧化碳比氮气更容易被煤吸附,有助于抑制煤自燃;煤样粒径越大,降温效果越好;以气态二氧化碳自由扩散与液态二氧化碳冲击波作用运移和相态转化两种形式在松散煤体中扩散移动;在松散煤体内的降温区域可划分为相变降温区、对流降温区、传导降温区与扩散降温区,在降温和防止复燃效果明显优于液氮。(2)采空区二氧化碳释放后,降温区域主要集中在释放口附近,纵向上呈现出明显的重气扩散特征,靠近采空区底部集聚,横向上主要靠压力和浓度梯度作用扩散,高浓度区域比较集中;二氧化碳管路埋深在40～60m之间,注入流量为5kg/s的工况下,对采空区的惰化效果较好,进风巷风流为0.5m/s时,二氧化碳扩散效果最佳。(3)液态二氧化碳保压输送过程中水平和垂直各段最小安全输送距离的计算方法为VT×L≤To-Tc,确定了水平输送和垂直输送过程的最小安全输送距离,在控制范围内二氧化碳可以以液气两相在管路内安全输送。现场实现流量最大60T/h,水平输送4000m,垂直输送距离1000m以液相为主的液态二氧化碳输送防灭火技术。选取宁东矿区典型的煤自燃灾害工作面进行了液态二氧化碳管路输送高效防灭火技术应用。对清水营110205工作面封闭火区治理,实现封闭18天后各项指标均符合启封条件并成功启封。实现了羊场湾II1020210工作面多次启封未扑灭火区的有效治理且防治临时停采期间的采空区煤自燃预防中取得了成功应用。