煤炭在开采、运输和储存过程中,均受到煤自燃的威胁。我国是世界上煤自燃火灾危害最严重的国家之一。煤自燃烧毁大量煤炭资源,污染生态环境,威胁矿井及周边人员生命财产安全。煤田、采空区遗煤、破裂煤柱和储煤堆(矸石山)等自燃隐蔽火灾形成初期很难被发现,虽然煤自燃高温火源探测技术已取得一定进展,但是由于煤自燃隐蔽火灾形成、发展以及影响因素的复杂性,煤自燃高温火源探测仍是一个世界性难题。高效快捷地非接触式探测并定位煤自燃隐蔽火源存在重大需求。本文针对煤自燃隐蔽火源探测的难题,通过实验室实验、理论分析和现场测试等手段研究煤燃烧及升温过程的电磁辐射信号变化特征,揭示煤升温及燃烧过程电磁辐射产生机制,提出煤田火区电磁辐射探测方法并进行现场应用。论文的主要成果和结论如下:研究揭示了煤升温及燃烧过程的电磁辐射信号时-频特征。分别建立了煤燃烧及升温电磁辐射测试系统,首先测试得到煤燃烧过程中能够产生显著的电磁辐射,且燃烧阶段和升温阶段电磁信号有差异;进一步精细化测试并分析了不同变质程度煤在升温过程中电磁辐射信号变化规律,电磁信号频率涵盖了低频至高频范围;电磁辐射信号与温度呈正相关变化,具有长程相关性,即随着时间和温度的增加,电磁辐射信号呈增大的变化趋势。依据多重分形理论,采用电磁辐射分形谱的形态以及分形参数Δα和Δf的动态变化表征了不同温度阶段煤的热损伤状态,随着温度的升高,电磁辐射时间序列离散性降低,煤体损伤复杂性减弱,热损伤程度增加。采用归一化处理方法分析了不同频率电磁辐射信号与CO的增长变化特性。分析了电磁辐射频域变化特征,煤升温过程中,电磁辐射频谱具有主频带变宽、主频降低及强度提高的变化特性;进一步通过电磁辐射主频和幅值的变化,分析了煤升温时的内部损伤破坏状态。对比分析了煤岩受热升温与受载破裂电磁辐射信号的变化特征及差异。建立了煤岩复合损伤受载破裂电磁辐射实验系统,测试了无约束条件下煤岩受热升温、常温条件下煤岩受载破裂、高温处理后以及升温加载条件下煤岩力学-变形-电磁辐射-声发射信号变化。分析了煤岩在升温加载条件下的变形及强度劣化特征,对比了上述4种条件下电磁辐射信号的特征差异;由于煤岩经受复合损伤,电磁辐射信号的测值及变化趋势明显高于单一受载或者升温条件下的信号变化,电磁辐射信号频率发生迁移,以高频信号为主,幅值呈逐渐增大变化。研究揭示了煤升温及燃烧过程产生电磁辐射的机制,建立了煤升温热电耦合模型。采用扫描电镜结合声发射技术精细化表征了煤岩热损伤宏微观裂隙的演化过程;煤受热升温热致变形破裂使得自由电荷积聚,加之煤体内部对偶极子瞬变以及热电子跃迁引发自由电子变速运动产生了电磁辐射;煤燃烧火焰产生带电离子以及带电离子链式反应能够形成感应电磁场,并产生电磁辐射。分析煤岩热膨胀系数的变化特性,定量计算了煤岩体在温度作用下的热应力大小;运用弹性模量的变化表征了煤岩体的热损伤程度,依据损伤力学等理论建立了煤氧化升温热电耦合模型。提出了煤田火区电磁辐射探测方法并进行了现场验证与应用。根据煤氧化升温及煤岩受载破裂电磁辐射频谱及传播特性,选择定向低频电磁辐射天线(范围:0~100kHz)联合宽频天线(0~500kHz)的方式进行现场探测,研究给出了电磁辐射定向定位煤田火区高温异常区域的判剧;选取新疆乌鲁木齐大泉湖典型火区,分别在高温区域和区域外测试了电磁辐射信号;分析了煤田火区电磁辐射信号的空间变化特征,高温区域内的电磁辐射信号与温度具有较好对应性;利用电磁辐射定向定位高温异常区域,结合钻孔温度进行了验证。研究成果为应用电磁辐射探测煤自燃隐蔽火源,在线监测预警煤田火区、煤堆火灾以及采空区自燃危险提供了依据。