煤的自燃及測試方法

煤的自燃及測試方法第1頁/共13頁第一節(jié)煤的自燃學說1）黃鐵礦作用學說黃鐵礦作用學說是最早試圖打開煤炭自燃之迷的學說之一，它在十七世紀提出并很快得到了很大的發(fā)展。該學說認為：黃鐵礦吸氧后體積膨脹，擠碎了煤塊，增大了裂隙，同時黃鐵礦吸氧后有水時要發(fā)生放熱反應，熱量聚積，以致煤的燃燒。2）細菌作用學說煤炭自燃的起因是細菌求生活動的過程，這種活動能助長煤中有機物的氧化發(fā)酵生熱，而導致煤的自燃。3）酚基作用學說酚基作用學說認為：煤的有機化合物中，以酚基最易受到氧化，所以最初是酚基類氧化發(fā)熱而導致其它有機物的氧化發(fā)熱。4）煤氧復合學說

煤中含有一種易于被空氣低溫氧化的活性物質，這種活性物質的多少，取決于煤的變質程度的高低，變質程度越高，活性物質就越少。煤接觸氧后，活性物質在低溫下與氧化合，放出微熱，熱量積聚而導致煤的自燃。第2頁/共13頁第二節(jié)煤炭氧化過程1）準備期（潛伏期）煤在低溫下吸附空氣中的氧，在煤的表面生成不穩(wěn)定的初級氧化物羧基OH、羥基COOH，煤溫與環(huán)境溫度不變，煤重增加，著火點降低，化學活性增加。2）自熱期自熱前期：煤溫上升，不穩(wěn)定的初級氧化物進一步生成H2O、CO2、CO及CxHy。自熱后期：當溫度達到60-80℃的臨界溫度時，氧化速度加劇。3）燃燒期（自燃期）煤溫達到著火溫度（無煙煤﹥400℃、煙煤320-380℃、褐煤﹤300℃）開始燃燒。4）冷卻風化煤在氧化過程中，如有良好的冷卻散熱條件以至溫度不能上升，則發(fā)生風化。風化后的煤不再發(fā)生自燃。第3頁/共13頁

為什么有的煤能自燃，有的煤不會自燃，如：河南焦作的煤不易燃，陜西銅川、遼寧撫順、甘肅窯街等的煤易燃。煤炭自燃與否取決于煤本身的物理化學性質和外部的散熱條件。因此煤炭的自燃與否主要取決于兩個因素：內因因素：指煤本身的自燃傾向性，煤本身的氧化能力和物理化學特征。煤要自燃，首先必須要有自燃傾向性，即要有自燃的能力。外因因素：指煤在氧化過程中的通風供氧和熱交換的條件。因此，煤炭自燃必須同時滿足四個條件：1）煤本身要有自燃傾向性；（有自燃傾向性的煤呈破碎堆積）2）要有連續(xù)的供氧條件；3）熱量易于積聚；4）足夠的氧化時間。第三節(jié)煤的自燃傾向性鑒定方法與分類第4頁/共13頁3.1煤炭自燃傾向性影響因素

影響煤炭自燃傾向性的因素（內因因素）主要有：1）煤的變質程度2）煤的水分3）煤巖成分4）煤的含硫量5）煤的粒度、孔隙度與脆性第5頁/共13頁

鑒定煤的自燃傾向性對于掌握自燃火災的發(fā)生規(guī)律，有針對性地采取防火措施具有重要意義。我國《煤礦安全規(guī)程》（第209條）第228條規(guī)定：

煤的自燃傾向性分為容易自燃、自燃、不易自燃三類。新建礦井的所有煤層的自燃傾向性由地質勘探部門提供煤樣和資料送國家授權單位作出鑒定，鑒定結果報?。ㄗ灾螀^(qū)、直轄市）煤礦安全監(jiān)察機構及煤炭管理部門備案。生產礦井延深新水平時，必須對所有煤層的自燃傾向性進行鑒定。開采容易自燃和自燃煤層的礦井，必須采取綜合預防煤層自然發(fā)火的措施。目前常用的測試方法有：

1）煤自燃傾向性色譜吸氧鑒定法

2）著火溫度降低值測定法3.2煤的自燃傾向性鑒定第6頁/共13頁煤自燃傾向性色譜吸氧鑒定法1）煤的自燃傾向性

煤在常溫下氧化能力的內在屬性

2）流動色譜吸氧法

應用熱導法雙氣路氣相色譜分析檢測技術，測定煤對流態(tài)氧的吸附能力，以吸氧量表征煤的氧化自燃性能。

3）步驟（1）煤樣的預處理制備好的煤樣稱取1g裝入標準樣品管中，通以氮氣(流量30cm3／min)，在柱箱溫度為105℃的條件下處理1.5h。

（2）吸氧量的測定將處理好的煤樣，在柱箱溫度為30℃，熱導溫度為80-100℃，載氣氮流量為30±0.5cm3／min，吸附氧氣流量為20±0.5cm3／min的條件下，吸附氧氣20min后，測定脫附峰面積S1；將煤樣倒出，在相同的條件下，同一樣品管空管吸附氧氣5min，測定脫附峰面積S2；根據(jù)S1、S2計算吸氧量值。第7頁/共13頁4煤自燃傾向性等級分類以每克干煤在常溫(30℃)、常壓(1.0133×104Pa)下的吸氧量作為分類的主指標，煤的自燃傾向性等級按表1、表2分類。5允許誤差

煤吸氧量測定結果的允許平行誤差不得超過表3的規(guī)定：自燃傾向性等級自燃傾向性煤的吸氧量，cm3／g·干煤Ⅰ容易自燃>0.70Ⅱ自燃0.40<Vd≤0.70Ⅲ不易自燃≤0.40自燃傾向性等級自燃傾向性煤的吸氧量，cm3／g·干煤全硫Ⅰ容易自燃≥1.00≥2.00Ⅱ自燃≤1.00Ⅲ不易自燃<2.001)含可燃揮發(fā)分≤18．0％。

表2高硫煤、無煙煤1）自燃傾向性分類表表1褐煤、煙煤類自燃傾向性分類表同一實驗室不同實驗室0.050.10表3煤吸氧量測定的平行實驗誤差第8頁/共13頁專用標準樣品管結構示意圖ZRJ-1型流態(tài)色譜吸氧儀器

第9頁/共13頁第四節(jié)煤層自燃危險程度及自然發(fā)火期

如前所述，煤炭的自燃與否，主要取決于煤炭本身的自燃傾向性，煤本身的物理化學性質和外部的漏風供氧和熱交換的條件。因此，煤的自燃取決于兩個因素：一個是內因因素，即煤炭自燃傾向性；一個是外因因素，即煤炭氧化過程中的連續(xù)供氧和蓄熱的條件。

內因的影響因素是先天的因素，是在成煤之前或在成煤的過程中就已經(jīng)存在了的。如前面所述：煤的變質程度、煤的水分、煤巖成分、煤的含硫量、煤的粒度、孔隙度與脆性等。而外因的影響因素則是后天的因素，主要包括：地質變動、煤層賦存條件、開拓開采條件和通風條件等的影響。實驗證明，一個煤層或礦井自然發(fā)火的危險程度并不完全取決于煤的自燃傾向性，在一定程度上還受煤層的地質賦存條件、開拓、開采和通風條件的影響。一個弱自燃傾向性的礦井，如果不重視安全工作，亂采亂伐，四處漏風，則煤炭自燃發(fā)火的幾率可能要比一個強自燃傾向性的礦井大。因此。影響煤炭自燃的外因因素也是不可忽視的。第10頁/共13頁4.1影響煤炭自燃的外因因素：影響煤炭自燃的外因因素主要有：1）煤層地質賦存條件2）地質構造的破壞程度3）圍巖性質4）采掘技術因素5）通風條件第11頁/共13頁4.2煤層自然發(fā)火期《煤礦安全規(guī)程執(zhí)行說明》47條規(guī)定：1、煤層中出現(xiàn)下列情況之一者，該煤層定為自然發(fā)火煤層：1）煤炭自燃引起明火；2）煤炭自燃發(fā)生煙霧；3）煤炭自燃發(fā)生煤油味；4）采空區(qū)測取的CO濃度超過礦井實際統(tǒng)計的臨界指標。2、巷道中煤層自然發(fā)火期應以自然發(fā)火地點在揭露煤之日起至發(fā)生自然發(fā)火時為止的時間計算，一般以月為單位。3、回采工作面煤層自然發(fā)火期應以工作面開切眼之日起至發(fā)生自然發(fā)火時為止的時間計算，一般以月為單位。煤炭自燃傾向