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1、煤炭r I燃危险性测试方法探讨作者：王刚摘要：通过差示扫描暈热法、羌热分析法、热重分析法3种方法，从不同侧面监测煤 I燃过程中的煤体温度、环境温度、门燃煤体质量等备参数，寻求煤炭门燃过程中煤体温度 变化同11燃煤体质量变化、煤体11燃环境温度等因素z间关系，总结煤炭11燃影响因素。关键词：自燃危险性；煤体温度；自燃煤体质量；环境温度；测试煤洪T.业是国民经济和社会发展的基础产业,煤炭工业的可持续发展真接关系耆建设全 而小康社会目标的实现和国家能源安全20我国煤矿安全生产危险源参、灾害严重的形势 非常严峻，煤矿百力吨死亡率与国外相比，差距很大裂“十五”期间，全国657处重点煤 矿中，有煤层H然发
2、火倾向的矿井r1! 54. 9%,经验发火期在3个月以内的矿井占50%以上 每年|燃形成的火灾近400次，煤|燃氧化形成火灾隐患近4000次，仅我国北方煤田累计 C烧毁煤炭达42亿t以上3研究煤炭自燃机理及其燃危险性测试方法,对于抑制煤炭 自燃及保护我国煤炭开采具有重要意义。1研究方法试验通过采用并示扫描竜热法、并热分析法、热重分析法3种方法对煤炭自燃危险性 进行研究与测试。并不扫描量热法(DSC)是指在样品和参比物同时程序升温或降温且保持两 者温度相等的条件下，测量流入或流出样品和参比物的热量并与温度关系的一种技术，煤fl 燃氧化DSC曲线测定装置原理示意于图U如图1所不，在相同温度下控制恒
3、定的功率对试 验样品S与参比物R进行加热；用电补偿的方法使R和S之间谋并(S吸热时能暈被S吸收, 增加能量来补偿，输出给S使温度保持平衡，放热时输出给R使温度保持平衡)；然示用并 动功率计测量S和R两边所需要的能量Z弟，再在记录仪上得出能量对温度的DSC曲线，其 纵坐标表不单位时间内所加的热址，横坐标表不温度。为了更好地说明煤的热力特性，还进 行了试验煤样的并热分析(DTA)和热重分析(TG)。并不扫描量热仪主要由温度程序控制系统, 测呈系统，数据记录、处理和显不系统，样品室构成。并热分析法(DTA)是在程序控制温度 下，测量温度与参比物Z间的温度养与温度关系的一种技术，差热分析中的“差”是指
4、走热 曲线(DTA曲线)中试样与参比物之间的温并。在羞热分析中，试样温度的变化是由相转变或 者反应的吸、放热效应引起的。热重分析是指在程丿丫控制温度卜测暈物质的质彊变化与温度 关系的一种技术，通常称之为热重法，测得的记录曲线称为热重曲线(TG曲线)，一其纵坐标 为试样的质暈，横坐标为试样的温度或时间。热重法广泛应用于真接测暈I占I体物质的质量随 时间(温度)的变化。图1 DSC寿不扫描暈热法测定装置原理2测试结果3个试验煤样A、B、C的DSC、DTA、TG测定结果如图2-图7所示。煤样的DSC测试曲线可分为3个阶段，在低温阶段85C)DSC曲线有一个吸热峰，此 为第一阶段，煤样在此阶段的热最变
5、化和煤变质程度，煤中水分含最极为相关；在高温阶段 (175C),煤样放热速度极快，趋于臼氧化加速阶段，此为第三阶段；第二阶段介于第一阶 段和第三阶段2间，煤样的放热速度由小逐渐增大，其间的DSC曲线还呈现出一个拐点；这 个阶段所经历时间长短和拐点的不同位置关联于煤的白燃特性。图2煤样A、B的DSC曲线4 2soTtiosa64s -3g 一 Osa图4煤样A、B的DTA曲线10IIiii0501001502002503温度代0501001502002502温度代图6煤样A、B的TG曲线2520温度代并热分析（DTA）是在稈用控温下测量样品物质（煤样）与参比物之间温度并随温度或时间 的变化关系。
6、当样品产生热效应时，DTA曲线就会偏离基线而呈现峰形。因此，DTA曲线所 描述的也是样品的热特性。煤样的DTA测试曲线的变化形态类似于DSC曲线，只是曲线纵坐 标所表达的物理最不同，虽然都是煤样氧化自燃过程中热效丿M的度量，但DTA测帚的绘温度, 而DSC测帚的是热焙的变化，DTAlW线的变化是煤样温度的增加或减小，它归因于发生在样 品中能帚的放出（放热）或能最的吸收（吸热），而DSC则有接反映煤氧化过程中热最的变化, 因此，从定量分析的角度来看，DSC 111线具有更为准确的定量意义。热重分析（TG）是在程序温度控制下测帚物质的质最随温度的变化特性。当物质发生脱 水，热分解时，都伴随冇物质质
7、帚（重量）的变化，因此，TG曲线所对丿2的亦是被测物质所 发生的脱水、热分解产物形成的等热效应。煤样的TG测试曲线和DSC曲线一样亦可划分3 个阶段，低温温度85C）重量较迅速地减小，表现为煤中水分的蒸发，高温阶段（18（TC） 重最再次迅速地减小，表现为煤的热分解，并产生大量的氧化分解产物；第二阶段介于第一、 三2阶段ZluJ,煤样失重变化较缓。其失重速率由小到大逐渐增加。在煤中水分含量2%时, 其影响仅反映在热分析1111线的笫二阶段；第二，中冰分含最超过10%时，不仅影响热分析曲 线的第一阶段，同时热分析曲线第二阶段的拐点位置迅将示移，延迟了煤样的氧化进程。3结果分析将煤样的DSC、DT
8、A和TG测试曲线对应起来分析可以发现，虽然3种不同的测试结果所 反映的是不同的物理变化量，但由于源白于同样煤样的氧化反应过程，因此 其间乂有着必 然的内在联系。首先3种|11|线都对应着基木一致的温度阶段划分；其次，DSC |山线的吸热峰, 对应着煤样水分蒸发所吸收的热效应，因而煤样温度降低，出现1个AT负值的DTA |11|线雌, TG曲线则由于水分蒸发而失重;再则,在高温阶段,DSC曲线的迅速放热,使DTA |11|线的煤 样温度迅速增高,煤样的迅速分解,使TG曲线迅速失重。由此可知,DSC、DTA和TG曲线 从不同的侧面表征了煤样的同1个氧化反应过稈。(1) 煤样的氧化热效应特性曲线在1
9、0CTC左右以前，均表现出1个吸热过程，其大小和 煤中的水分含量有关,但又不与煤中的水分蒸发热量值相等。事实上,煤样的热效应当包扌占 煤中挥发份产物的释放热效应，水分蒸发热效应、氧化热效应和煤木身升温热效应，其中， 有放热的、亦有吸热的。用DSC测试的煤样热效应|11|线是这些热效应的总和，只是在不同的 温度其显现的量值和次序不同而已；3个试验煤样依含水分量的人小其吸热峰亦呈现相应的 变化关系。(2) 经过吸热过稈以示，煤样的热效应曲线均表现为放热特性，并且随温度的升高，放 热速度逐渐加快，并表现出一定的特征阶段，即在105150C放热速度较之150200C要 小，而200C以肩，放热速度急剧
10、增加；为从量值上说明煤中水分含量对吸热峰的影响，比 较煤样C的原煤样(含水分样)和脱水分(脱水分率为67%)煤样：以70C以前计算结果为准, 原煤样吸热峰值为11.77kJ/kg,脱水分煤样为4. 17kJ/kg,其差值H=7. 30KJ/kg；根据 脱水率，脱水分煤样的水分含址为0. 0578kg水/kg煤，与原煤样的0. 177kg水/kg煤相比, 水分含量羌值为0. 1192kg水/kg煤;由于水的比热是温度的函数，其蒸发热可对比热容在 Ti. T2 的温度段上进行积分即得。由 CH2O=7. 219+2. 374X 10 T+0. 267X 10% 取 3570C： 温度段积分，其蒸发
11、热为65. 18kJ/kg水，因此，根据原煤样和脱水煤样的水分含量并值， 则其蒸发热为7. 76kJ/kg,与DSC计算的7. 30kJ/kg基本吻合,这表明,吸热峰主要受煤中 水分含量的影响，只是水分的蒸发还与煤的孔隙结构特征有关。(3) 比较3个试验煤样在75195CZ间的氧化放热量，煤样C为666. 03kJ/kg,其脱水 分煤样为550. 84kJ/kg,煤样B为264. 51kJ/kg；煤样A为216. 95kJ/kg,氧化放热量是依 煤样C、B、A的顺序降低的，亦即表明，煤样的|热氧化能力相对而言是C最强，B次之， A最小。参考文献：1杨起.的煤炭资源A共同走向科学一百名院士科技系
12、列报告集(上)C北 京：科学出版社，19972谢和平能源发展趋势与跨世纪煤炭科技展望A /可持续发展与煤炭I业报告 文集c北京:煤炭工业出版社,1998： 1-15.3周心权，卵燕云，朱红青，等.煤矿灾害防治科技发展现状与对策分析J煤炭科 学技术,2002, 30(1).4国家安全生产监督管理总局.国有煤矿安全生产状况调查与预测研究R.北京：中 国煤炭工业发展研究咨询中心，2004.5管海晏，冯亨特伦，谭永杰，等.北方煤出鸟燃环境调查与研究M.北京： 煤炭工业出版社，19886张卫亮，梁运涛.差式扫描童热法在褐煤最易自然临界水分试验中的应用.煤矿安 全,2008(71) :9-10.信息来源：煤矿安全2008. 12(责任编辑：袁辉)
