第二章煤的自燃

1、O返回2022-5-16 第二章第二章 煤的自燃煤的自燃 a 煤的自燃前期过程是如何开始的？煤的自燃前期过程是如何开始的？ b 煤的自燃温度是怎样提高到发生化学氧化反煤的自燃温度是怎样提高到发生化学氧化反 应所必需的温度？应所必需的温度？O返回2022-5-16 第二章第二章 煤的自燃煤的自燃1 煤的自燃学说 煤自燃是煤自身氧化升温引起的燃烧现象。煤自燃是煤自身氧化升温引起的燃烧现象。1.1 自燃的含义 可燃物质受热升温而不需明火作用就能自行燃烧的可燃物质受热升温而不需明火作用就能自行燃烧的现象。现象。这里指的是广义的自燃，包括本身自燃和受热这里指的是广义的自燃，包括本身自燃和受热自燃自燃(加

2、热自燃）。加热自燃）。O返回2022-5-16 第二章第二章 煤的自燃煤的自燃1 煤的自燃学说 主要的有主要的有黄铁矿作用学说、细菌作用学说、酚基作用黄铁矿作用学说、细菌作用学说、酚基作用学说以及煤氧化复合作用学说学说以及煤氧化复合作用学说等等 1.2 煤自燃的学说种类 O返回2022-5-161.2.1 黄铁矿作用学说黄铁矿作用学说 波兰学者奥尔萍斯基(Olpinsi.W)对波兰烟煤的考查表明，只有当煤中硫铁矿含量较高硫铁矿含量较高时（大于1.5），才具有自燃倾向性。但是他认为这类煤的自燃倾向性增高的原因是由于煤化程度较低而引起的。因为在波兰自然发火较多的煤均是煤化程度较低而硫化铁含量较高的

3、煤。 第二章第二章 煤的自燃煤的自燃 英国学者温米尔(Winmill.T.F)通过实验证实，在不自燃的煤中加入30的黄铁矿即可变为具有自燃倾向性的煤。O返回2022-5-16 1.2.1黄铁矿作用学说黄铁矿作用学说 黄铁矿作用学说认为煤的自燃是由煤层中的黄铁矿黄铁矿作用学说认为煤的自燃是由煤层中的黄铁矿（FeS2）与空气中的水份和氧相互作用、发生热反应而引与空气中的水份和氧相互作用、发生热反应而引起的。起的。 2FeS2 + 2H2O + 7O22FeSO4 + 2H2SO4+Q1 12FeSO 4 + 6H2O + 3O24Fe 2(SO4)3 + 4Fe(OH)3 + Q2 FeS2 +

4、Fe2(SO4)2 + 3O2 + 2H2O3FeSO 4 + 2H2SO4 + Q 3 第二章第二章 煤的自燃煤的自燃O返回2022-5-16 以上的化学反应都是放热反应(Q1、Q2、Q3代表一定的热量)，而且，黄铁矿在井下潮湿的环境里被氧化产生SO2、CO2、CO、H2S等气体，也都是放热反应。1.2.1黄铁矿作用学说黄铁矿作用学说 黄铁矿的另一个作用：黄铁矿的另一个作用：促使煤体氧化的物理作用，即黄铁矿氧化时体积增大，对煤体具有胀裂作用胀裂作用，能够使煤体裂隙扩大和增多，与空气的接触面积增加，因而导致氧气渗入，促使煤的氧化。 第二章第二章 煤的自燃煤的自燃O返回2022-5-16 英国学

5、者帕特尔(Potter.M.C) 认为在细菌的作用下，煤在发酵过程中放出一定热量对煤的自燃起了决定性的作用。 1.2.1 细菌作用学说细菌作用学说 第二章第二章 煤的自燃煤的自燃 波兰学者杜博依斯(DuboisR)等人在考查泥煤的自热与自燃时指出：当微生物极度增长时，一般都伴有一个生化的放热过程生化的放热过程。在30以下是亲氧的真菌亲氧的真菌和放线菌放线菌起主导作用。使泥煤的自热提高到6070是由于故线菌作用的结果。在6065时，亲氧真菌死亡，嗜热细菌开始发展，在7275时所有的生化过程均将消亡。O返回2022-5-16 1940年苏联学者特龙诺夫(EBTponoB)提出：煤的自热是由于煤体内

6、不饱和的酚基化合物强烈地吸附吸附空气中的氧，同时放出一定量的热量造成的。 这个学者提出的基点是建立在对各种煤体中的有机化合物进行实验后，发现酚基类是最易氧化酚基类是最易氧化的。不仅在纯氧中可以氧化，而且与其它氧化剂接触时也可以发生作用。所以他认为正是空气中的氧与煤体内的酚基类化合物作用而导致自燃。1.2.3 酚基作用学说酚基作用学说 第二章第二章 煤的自燃煤的自燃O返回2022-5-16 1870年瑞克特(Rachta nH)经过实验得出；一昼夜里每1g煤的吸氧量为0.10.5ml，而褐煤为0.12ml。 1945年姜内斯(Jone s ER)提出：在空气中，在常温下烟煤的吸氧量可达0.4ml

7、g。 六十年代抚顺煤研所曾以煤的吸氧量作为区别煤的自燃倾向性大小的指标。通过大量煤样分析，确定了100g煤样在30的条件下经96h吸氧量小于200m1时属于不自燃的，超过300m1时属于易自燃的煤。这也说明，在低温时，煤的吸氧量愈大，愈易自燃。 1.2.4 煤氧复合作用学说煤氧复合作用学说 第二章第二章 煤的自燃煤的自燃O返回2022-5-16煤+氧煤自燃煤自燃 学说学说细菌细菌学说学说自由基自由基学说学说煤氧复合煤氧复合学说学说 黄铁矿黄铁矿学说学说黄铁矿+空气中的水份+氧气黄铁矿易氧化体积增大对煤体胀裂作用比表面积增大煤的氧化增加细菌煤体发酵氧化产热煤自燃外力裂隙分子链中共价键断裂自由基自

8、由基与氧作用煤自燃 第二章第二章 煤的自燃煤的自燃O返回2022-5-16 煤的自燃主要参与物一个是煤，一个是氧。 1.2.4 煤氧复合作用学说煤氧复合作用学说 第二章第二章 煤的自燃煤的自燃 低温氧化过程的持续发展使得反应过程的自身加速作用增大，最后如果生成的热量不能及时放散，从而就会引起自热阶段的开始。 煤氧复合学说存在的问题是：煤氧复合最初的导因是什么，煤氧复合过程如何，各种临界参数如何测定，低温阶段热效应如何测定，如何确定煤最短自然发火期，氧如何在煤中运输，其动力何在，过程如何。O返回2022-5-162 煤的自燃发展过程煤的自燃发展过程 第二章第二章 煤的自燃煤的自燃2.1煤的氧化特

9、性煤的氧化特性所有品种煤在常温下都吸氧，但吸氧速度不同；所有品种煤在常温下都吸氧，但吸氧速度不同；煤的吸氧速度与所在空气中的煤的吸氧速度与所在空气中的氧浓度氧浓度成正比，即成正比，即 dm/dV 在温度不变条件下，吸氧速度常数随时间按指数规律衰减，在温度不变条件下，吸氧速度常数随时间按指数规律衰减， 即即 VV1-H ；吸氧速度常数吸氧速度常数V与煤自身温度之间符合幂函数关系；与煤自身温度之间符合幂函数关系；煤在氮气中加热后再冷却可使它的活性增加，并有重新恢复到原煤在氮气中加热后再冷却可使它的活性增加，并有重新恢复到原有活性的可能；有活性的可能；吸氧速度常数吸氧速度常数V与与粒度粒度之间成复杂

10、关系；之间成复杂关系；O返回2022-5-162 煤的自燃发展过程煤的自燃发展过程 第二章第二章 煤的自燃煤的自燃2.2煤炭自燃条件煤炭自燃条件 煤炭自燃的必要充分条件是：煤炭自燃的必要充分条件是： (1)有自燃倾向性的煤被开采后呈破碎状态，堆积厚度有自燃倾向性的煤被开采后呈破碎状态，堆积厚度一般要大于一般要大于0.4m。 (2)有较好的蓄热条件。有较好的蓄热条件。 O返回2022-5-162 煤的自燃发展过程煤的自燃发展过程 第二章第二章 煤的自燃煤的自燃2.2煤炭自燃条件煤炭自燃条件 (3)有适量的通风供氧。通风是维持较高氧浓度的必有适量的通风供氧。通风是维持较高氧浓度的必要条件，是保证氧

11、化反应自动加速的前提。要条件，是保证氧化反应自动加速的前提。实验表明实验表明:氧氧浓度浓度15时，煤炭氧化方可较快进行。时，煤炭氧化方可较快进行。 (4)上述三个条件共存的时间大于煤的自燃发火期。上述三个条件共存的时间大于煤的自燃发火期。上述四个条件缺一不可，上述四个条件缺一不可，前三个条件是煤炭自燃的必要条前三个条件是煤炭自燃的必要条件，最后一个条件是充分条件件，最后一个条件是充分条件。O返回2022-5-162.3 煤的自燃发展过程煤的自燃发展过程 第二章第二章 煤的自燃煤的自燃）潜伏（自燃准备）期潜伏（自燃准备）期：自煤层被开采、接触空：自煤层被开采、接触空气起至煤温开始升高止的时间区间

12、称之为潜伏期。气起至煤温开始升高止的时间区间称之为潜伏期。在潜伏期，煤与氧的作用是以在潜伏期，煤与氧的作用是以物理吸附为主物理吸附为主，放热，放热很小，无宏观效应；经过潜伏期后煤的燃点降低，很小，无宏观效应；经过潜伏期后煤的燃点降低，表面的颜色变暗。表面的颜色变暗。O返回2022-5-162.3 煤的自燃发展过程煤的自燃发展过程 第二章第二章 煤的自燃煤的自燃）自热阶段：）自热阶段： 温度开始升高起至其温度达到燃点的过程叫自热阶段。温度开始升高起至其温度达到燃点的过程叫自热阶段。自热过程是煤氧化反应自动加速、氧化生成热量逐渐积累、自热过程是煤氧化反应自动加速、氧化生成热量逐渐积累、温度自动升高

13、的过程。温度自动升高的过程。其特点是：其特点是：氧化放热较大，煤温氧化放热较大，煤温及其环境及其环境(风、水、煤壁风、水、煤壁)温度升高；产生温度升高；产生CO、CO2和和碳氢碳氢(CmHn)类气体产物，并散发出煤油味和其他芳香气类气体产物，并散发出煤油味和其他芳香气味；有水蒸气生成，火源附近出现雾气，遇冷会在巷道味；有水蒸气生成，火源附近出现雾气，遇冷会在巷道壁面上凝结成水珠；微观结构发生变化。壁面上凝结成水珠；微观结构发生变化。O返回2022-5-162.3 煤的自燃发展过程煤的自燃发展过程 第二章第二章 煤的自燃煤的自燃）自热阶段：）自热阶段： 煤和木材着火温度（氧含量煤和木材着火温度（

14、氧含量21%）材质着火温度（）褐煤、木材250烟煤300350贫瘦煤、无烟煤650800O返回2022-5-16 在自热阶段，若改变了散热条件，使散热大于生热；在自热阶段，若改变了散热条件，使散热大于生热；或限制供风，使氧浓度降低至不能满足氧化需要，则自热或限制供风，使氧浓度降低至不能满足氧化需要，则自热的煤温度降低到常温，称之为风化的煤温度降低到常温，称之为风化。风化后煤的物理化学。风化后煤的物理化学性质发生变化，失去活性，不会再发生自燃。性质发生变化，失去活性，不会再发生自燃。）自燃阶段：）自燃阶段： 煤温达到其自燃点后，若外界条件发生变化，温度将煤温达到其自燃点后，若外界条件发生变化，温

15、度将降下来，则进入风化状态，若能得到充分的供氧风，则发降下来，则进入风化状态，若能得到充分的供氧风，则发生燃烧，出现明火、烟雾、一氧化碳、二氧化碳以及各种生燃烧，出现明火、烟雾、一氧化碳、二氧化碳以及各种可燃气体。可燃气体。4）熄灭：）熄灭：降到燃点以下。降到燃点以下。 第二章第二章 煤的自燃煤的自燃O返回2022-5-16煤煤蓄热环境蓄热环境周围环境周围环境Q产产Q散散Q产产Q散散Q产产2.0%自燃自燃0.410.790.81.02.0%不易自燃不易自燃0.410.82.0%O返回2022-5-16ZRJ-1型流态色谱吸氧仪器型流态色谱吸氧仪器 第二章第二章 煤的自燃煤的自燃3 煤的自燃倾向

16、性鉴定方法与分类煤的自燃倾向性鉴定方法与分类O返回2022-5-163.3 煤的自燃倾向性鉴定方法煤的自燃倾向性鉴定方法 3）重量测定方法重量测定方法 据煤在氧化前后的重量增值来确定煤的自燃倾向性。据煤在氧化前后的重量增值来确定煤的自燃倾向性。 4）氧化速度测定法（又称双氧水法）氧化速度测定法（又称双氧水法） 此法以煤样经双氧水处理时的温升速度相产生的热量作为自燃此法以煤样经双氧水处理时的温升速度相产生的热量作为自燃倾向性指标。倾向性指标。 第二章第二章 煤的自燃煤的自燃3 煤的自燃倾向性鉴定方法与分类煤的自燃倾向性鉴定方法与分类 5）差热分析法差热分析法 根据不同倾向性的煤在相同条件下逐渐加

17、温所吸收的热量和升根据不同倾向性的煤在相同条件下逐渐加温所吸收的热量和升温的不同，通过差热分析法测定差热曲线，以确定煤的自燃倾向性。温的不同，通过差热分析法测定差热曲线，以确定煤的自燃倾向性。O返回2022-5-16STA449C差热分析仪差热分析仪 第二章第二章 煤的自燃煤的自燃3 煤的自燃倾向性鉴定方法与分类煤的自燃倾向性鉴定方法与分类O返回2022-5-16 第二章第二章 煤的自燃煤的自燃4 现场煤自燃的规律现场煤自燃的规律生产实践表明，煤炭自燃经常发生的地点有：生产实践表明，煤炭自燃经常发生的地点有：有大量遗煤面未及时封闭或封闭不严的采空区；有大量遗煤面未及时封闭或封闭不严的采空区；巷

18、道两侧和遗留在采空区内的受压破坏的煤柱；巷道两侧和遗留在采空区内的受压破坏的煤柱；巷道内堆积的浮煤或煤巷的冒顶、垮帮处。巷道内堆积的浮煤或煤巷的冒顶、垮帮处。O返回2022-5-16 第二章第二章 煤的自燃煤的自燃4 现场煤自燃的规律现场煤自燃的规律1）工作面的停采线容易自燃）工作面的停采线容易自燃 在一个区段内，当一分层回采结束形成了停采线后，在一个区段内，当一分层回采结束形成了停采线后，以下各分层在回采过程中，停采线有充分的漏风空隙，有以下各分层在回采过程中，停采线有充分的漏风空隙，有大量的松散状态的遗煤。同时又是风压最大的漏风通道，大量的松散状态的遗煤。同时又是风压最大的漏风通道，因此具

19、备良好的自燃条件。因此具备良好的自燃条件。O返回2022-5-16 第二章第二章 煤的自燃煤的自燃4 现场煤自燃的规律现场煤自燃的规律1）工作面的停采线容易自燃）工作面的停采线容易自燃停停采采线线O返回2022-5-16 第二章第二章 煤的自燃煤的自燃4 现场煤自燃的规律现场煤自燃的规律2）有假顶的材料道和溜子道顶板周围容易自燃）有假顶的材料道和溜子道顶板周围容易自燃 如图所示，分层巷道假顶上的裂隙与分层巷道本身形如图所示，分层巷道假顶上的裂隙与分层巷道本身形成了有漏风联系的并联风路，岩石空隙内的漏风流速成了有漏风联系的并联风路，岩石空隙内的漏风流速Vn与相对应的流速半径与相对应的流速半径rn

20、成反比。根据实际情况，成反比。根据实际情况，r=24m的范围因为易于自燃的供氧和积热风速圈。的范围因为易于自燃的供氧和积热风速圈。O返回2022-5-16 第二章第二章 煤的自燃煤的自燃4 现场煤自燃的规律现场煤自燃的规律2）有假顶的材料道和溜子道顶板周围容易自燃）有假顶的材料道和溜子道顶板周围容易自燃分层煤体分层煤体上区段采空区上区段采空区O返回2022-5-16 第二章第二章 煤的自燃煤的自燃4 现场煤自燃的规律现场煤自燃的规律3）分层巷道的内、外错容易自燃）分层巷道的内、外错容易自燃分层巷内错，形分层巷内错，形成了易燃隅角带；成了易燃隅角带；分层巷道外错，分层巷道外错，造成采空区内冒造成

21、采空区内冒落的全为破碎煤落的全为破碎煤炭。炭。O返回2022-5-16 第二章第二章 煤的自燃煤的自燃4 现场煤自燃的规律现场煤自燃的规律3）内内错错容容易易自自燃燃O返回2022-5-16 第二章第二章 煤的自燃煤的自燃4 现场煤自燃的规律现场煤自燃的规律4）假顶下的分层巷道盲巷容易形成自燃）假顶下的分层巷道盲巷容易形成自燃O返回2022-5-16 第二章第二章 煤的自燃煤的自燃4 现场煤自燃的规律现场煤自燃的规律5）巷道中设置通风设施）巷道中设置通风设施(风门等风门等)容易自燃容易自燃O返回2022-5-16 自然发火：具自然发火：具有自燃的煤层被开采破碎后在常温下与有自燃的煤层被开采破碎

22、后在常温下与空气接触并发生氧化，产生热量使煤体温度升高，出现明空气接触并发生氧化，产生热量使煤体温度升高，出现明火和燃烧的现象。火和燃烧的现象。 在在矿井防灭火规范矿井防灭火规范中规定出现下列现象之一，即中规定出现下列现象之一，即为自然发火。为自然发火。煤因自燃出现明火、火炭或烟雾等现象，煤因自燃出现明火、火炭或烟雾等现象，由于煤炭自热而使煤体、围岩或空气温度升高至由于煤炭自热而使煤体、围岩或空气温度升高至70以以上；由于煤炭自热而分解出上；由于煤炭自热而分解出CO、C2H4或其它指标气体，或其它指标气体，在空气中的浓度超过预报指标，并呈逐渐上升趋势。在空气中的浓度超过预报指标，并呈逐渐上升趋

23、势。 第二章第二章 煤的自燃煤的自燃5 煤层自燃危险程度及自然发火期煤层自燃危险程度及自然发火期O返回2022-5-16 自燃发火期：自燃发火期：从煤层被开采破碎接触空气之日起，至从煤层被开采破碎接触空气之日起，至出现自燃现象或温度上升至燃点为止所经历时间，所经历出现自燃现象或温度上升至燃点为止所经历时间，所经历的时间叫煤层的自然发火期，以的时间叫煤层的自然发火期，以月或天月或天为单位。煤层的自为单位。煤层的自然发火期取决于煤的内部结构和物理化学性质、被开采破然发火期取决于煤的内部结构和物理化学性质、被开采破坏后的堆积状态参数坏后的堆积状态参数(分散度分散度)、裂隙或空隙度、通风供氧、裂隙或空隙度、通风供氧、蓄热和散热等外部环境等因素。蓄热和散热等外部环境等因素。 第二章第二章 煤的自燃煤的自燃5 煤层自燃危险程度及自然发火期煤层自燃危险程度及自然发火期O返回2022-5-16 第二章第二章 煤的自燃煤的自燃5 煤层自燃危险程度及自然发火期煤层自燃危险程度及自然发火期煤层的自然发火期估算方法煤层的自然发火期估算方法: : (1)统计比较法。矿井开工建设揭煤后，对已发生自统计比较法。矿井开工建设揭煤后，对已发生自燃火灾的自然发火期进行推算，并分煤层统计和比较，以燃火灾的自然发火期进行推算，并分