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天然气水合物(NGH)因其储量大、分布广、燃烧清洁环保等优点，被认为是21世纪最有发展前景的新能源之一。本文在系统分析总结国内外冻土区NGH开采技术研究进展的基础上，针对冻土区NGH开采速率慢、能耗大的难点问题，基于我国青藏高原冻土区NGH成藏环境，提出采用井下原位直接燃烧技术加热开采冻土区NGH的方法。本文就该方法所涉及的水合物燃烧特性、燃烧机理、燃烧方法及安全性等基础科学问题开展研究，取得了如下研究成果: (1)系统开展了纯丙烷水合物及含水合物沉积物燃烧特性实验研究。表明含水合物沉积物的燃烧表现为众多小火焰在沉积物表面不断移动，其燃烧时间、火焰形态、槽内温度等均远小于纯水合物燃烧，最长燃烧时间仅为9 s;水合物饱和度越高，孔隙率和渗透率越大，燃烧时间越长，燃烧火焰越强，水合物层温度升高越快，燃烧深度越大;分解水的累积导致纯水合物和含水合物沉积物均不能完全燃尽。 (2)深入实验研究了排水条件对水合物燃烧特性的影响。表明增强排水有利于分解气释放及热水流加热分解底层水合物，促进水合物燃烧，纯水合物能够完全燃尽，排水速度越快，燃烧越剧烈，15孔排水燃烧时间约为110s，槽内最高温度接近450℃;含水合物沉积物燃烧火焰虽比不排水时剧烈，但燃烧时间仍然很短(16 s)，火焰在水合物未燃尽之前就已熄灭，特别是沉积物孔隙率低于41％时，水合物不能顺利点火燃烧。 (3)水合物燃烧本质上是其分解气的燃烧，燃烧热量一部分传递至水合物内部加热分解水合物，另一部分加热汽化水份和向周围空间散热，分解水层及石英砂层限制了分解气释放和热量向水合物内部传递，下层水合物分解缓慢，导致水合物不能燃尽而自行熄灭;证实了井下原位直接燃烧加热开采冻土区NGH，不会造成整个水合物藏燃烧失控。 (4)开展了井下反扩散火焰高速燃烧器优化设计及其燃烧性能Fluent数值模拟研究。表明随着空燃比从1升高至5，燃烧器出口烟气最高温度从1000 K升高至1970 K，燃烧器内压力不超过1.2 atm，燃烧器出口无氧气过剩。挡环式设计强化了空气与甲烷的混合;φ200×1000mm燃烧器输出热功率可达733 kW，符合冻土区NGH开采要求。