煤自燃（CSC）火災(zāi)對(duì)煤礦安全構(gòu)成嚴(yán)重威脅。有毒氣體的釋放、強(qiáng)烈的熱損傷和火勢(shì)蔓延常常導(dǎo)致災(zāi)難性后果[1]、[2]、[3]。統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，全球煤礦火災(zāi)造成的經(jīng)濟(jì)損失每年超過(guò)數(shù)十億美元，同時(shí)伴隨著大量人員傷亡的風(fēng)險(xiǎn)[4]、[5]、[6]。在火勢(shì)失控的情況下，封閉火區(qū)是減輕災(zāi)害影響的最有效策略[7]、[8]。然而，火區(qū)內(nèi)的高溫?zé)嵩磿?huì)向周?chē)�環(huán)境釋放大量熱輻射，引發(fā)“輻射誘導(dǎo)燃燒和火區(qū)擴(kuò)張”的災(zāi)難鏈。非線性熱傳遞和多場(chǎng)耦合效應(yīng)的復(fù)雜性使得防火和控制工作變得復(fù)雜[9]、[10]。因此，研究?jī)?nèi)部熱輻射對(duì)CSC的影響至關(guān)重要。這種理解對(duì)于預(yù)測(cè)火勢(shì)蔓延、評(píng)估風(fēng)險(xiǎn)、開(kāi)發(fā)有效的阻燃劑、指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)操作以及最終確保礦井安全至關(guān)重要[11]。

目前關(guān)于封閉火區(qū)內(nèi)CSC的研究主要集中在三個(gè)核心方向：空氣-熱遷移規(guī)律、氧化反應(yīng)機(jī)制以及抑制技術(shù)的發(fā)展[12]、[13]、[14]、[15]。在熱行為和氧化動(dòng)力學(xué)方面，王等人[16]研究了煤在加熱-衰減過(guò)程中的空氣-熱特性和氧化動(dòng)力學(xué)，發(fā)現(xiàn)CO濃度與熱流密度之間存在顯著的滯后效應(yīng)。張等人[17]分析了不同輻射溫度和粒徑條件下CSC的轉(zhuǎn)化特性和動(dòng)力學(xué)規(guī)律，為理解熱作用下的煤氧化機(jī)制奠定了基礎(chǔ)。在空氣-熱遷移和產(chǎn)物分布領(lǐng)域，張等人[18]揭示了強(qiáng)制對(duì)流環(huán)境中淺層高溫?zé)狳c(diǎn)向煤堆深部的遷移特性。吳等人[19]證實(shí)溫度梯度驅(qū)動(dòng)氣體遷移和積聚，指示氣體在熱浮力的作用下向上遷移并與溫度場(chǎng)協(xié)調(diào)。李等人[20]進(jìn)一步指出，煤燃燒產(chǎn)生的熱浮力效應(yīng)可能導(dǎo)致燃燒區(qū)甲烷富集，從而引發(fā)爆炸危險(xiǎn)。趙等人[21]闡明了CSC中高溫區(qū)的形成機(jī)制、氣體產(chǎn)物的氧氣供應(yīng)模式和分布規(guī)律，并區(qū)分了加熱和冷卻階段的判斷指標(biāo)。在抑制技術(shù)研究方面，張等人[22]制備的凝膠泡沫有效延長(zhǎng)了煤的氧化過(guò)程，并顯著降低了指示氣體含量和煤溫，為CSC的預(yù)防和控制提供了技術(shù)支持。

值得強(qiáng)調(diào)的是，封閉火區(qū)作為控制CSC蔓延的重要措施，其內(nèi)部環(huán)境非常復(fù)雜。在該區(qū)域進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)極其危險(xiǎn)，直接觀察和測(cè)量也非常具有挑戰(zhàn)性[23]、[24]。因此，許多學(xué)者通過(guò)數(shù)值模擬技術(shù)[25]、[26]、[27]進(jìn)行了間接分析，為研究封閉火區(qū)內(nèi)CSC的相關(guān)特性提供了安全可行的技術(shù)途徑。在探索單一因素影響規(guī)律的過(guò)程中，史等人[28]發(fā)現(xiàn)傾角改變了煤塵的最低點(diǎn)燃溫度、高溫點(diǎn)的分布和悶燒傳播路徑。吳等人[29]比較了空氣和O₂/CO₂氣氛中煤塵層的自燃行為，證實(shí)氧氣濃度的增加降低了煤塵的最低點(diǎn)燃溫度，而CO₂的抑制作用相對(duì)較弱。史等人[30]關(guān)注了熱顆粒引起的煤塵點(diǎn)燃機(jī)制，明確熱顆粒的溫度和嵌入深度對(duì)煤塵點(diǎn)燃延遲時(shí)間和燃燒模式有顯著調(diào)節(jié)作用。肖等人[31]采用過(guò)渡擴(kuò)散模型模擬了地下煤氣化（UCG）的點(diǎn)燃過(guò)程，并分析了溫度和氧氣濃度對(duì)其的影響，為研究封閉空間內(nèi)煤的高溫?zé)岱磻?yīng)提供了參考。

封閉火區(qū)的環(huán)境特性直接影響煤在熱輻射作用下的點(diǎn)燃條件、反應(yīng)速率和臨界狀態(tài)[32]、[33]、[34]、[35]，而該領(lǐng)域的研究空白導(dǎo)致了多起悲劇性事故：2013年，八寶煤礦的封閉火區(qū)引發(fā)了多次爆炸，造成53人死亡、17人受傷；2024年，興安煤礦封閉采空區(qū)內(nèi)的煤因熱輻射和氧的耦合效應(yīng)重新燃燒，導(dǎo)致緊急響應(yīng)過(guò)程中5人死亡。這些事故表明，對(duì)封閉火區(qū)內(nèi)輻射誘導(dǎo)點(diǎn)燃受環(huán)境參數(shù)調(diào)控規(guī)律的理解不足是煤礦工作安全中的一個(gè)致命缺陷。因此，開(kāi)展這一領(lǐng)域的研究不僅是填補(bǔ)現(xiàn)有研究空白的必然要求，也是提高CSC預(yù)防和控制科學(xué)性、防止重大和極其嚴(yán)重事故再次發(fā)生的關(guān)鍵措施。

基于改進(jìn)的熱輻射誘導(dǎo)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，本研究分析了多個(gè)環(huán)境變量——輻射距離、氣流速度、水浸沒(méi)速率和輻射傾角——對(duì)封閉火區(qū)內(nèi)煤輻射誘導(dǎo)燃燒的影響。研究結(jié)果為管理此類(lèi)區(qū)域提供了指導(dǎo)，有助于更深入地理解輻射誘導(dǎo)燃燒過(guò)程及其相關(guān)的次生災(zāi)害。這項(xiàng)研究支持了煤礦風(fēng)險(xiǎn)工程和過(guò)程安全有效安全措施的發(fā)展。