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1、煤炭自燃阻化新技术与新理论的发展于 勇（辽宁工程技术大学安全科学与工程学院 辽宁阜新 123000）摘要：本文主要阐述煤炭自燃的原因机理以及煤炭自燃阻化新理论与新技术的研究探索与发展 关键词：煤炭自燃，阻化，三相泡沫，预注阻化液Resistance of spontaneous combustion of coal and the development of the theory of new technologiesYuYong(Liaoning engineering technology university Safety science and Engineering college
2、 Liaoningfuxin 123000)Abstract: This paper describes the reasons for spontaneous combustion of coal and coal combustion mechanism of resistance of the new theory and technology of exploration and developmentKey word：Spontaneous combustion, resistance of three-phase foam, pre-injection of liquid resi
3、stance朗读显示对应的拉丁字符的拼音字典 - 查看字典详细内容字典 - 查看字典详细内容引言 煤炭长期堆积会因氧化作用,使煤的灰分升高,固定炭和热值下降,降低煤的质量。煤炭自燃还会造成大量的煤白白烧掉。如电厂燃烧的烟煤,煤场经常贮有3个月以上的正常用量,因贮煤时间过长而经常发生自燃,有时同时几处发生自燃。阴燃的煤被送到输送和研磨设备,会造成燃烧和爆炸事故。煤自燃既是重大的隐患,也降低了煤的经济价值,因此,了解煤自燃的特性,防止煤自燃具有十分重要的意义。1 煤的自燃机理 1.1 概述 关于煤的自燃问题，长期以来，一般都认为煤中黄铁矿的存在是自燃的原因，由于黄铁矿氧化成为三氧化二铁及三氧化硫时
4、能放出热量，在有水分参加的情况下，可以形成硫酸，它是很强的氧化剂，更加速煤的氧化，促进煤的自燃。 需要指出，有的含有黄铁矿的煤，虽然经过长斯放置，并不一定发生燃，而不含或少含黄铁矿的煤也有自燃现象。因此，煤的自燃并非完全因含有黄铁矿而引起。其主要原因是由于吸收了空气中的氧气，使煤的组成物质氧化产生热量，再被水湿润，就放出更多的湿润热，也会加速煤的自燃。此外，煤的自燃还与煤本身的性质有关。如煤的品级；煤的显微组分、水分、矿物质、节理和裂隙；煤层埋藏深度和煤层厚度；开采方法和通风方式等。煤的自燃从本质上来说是煤的氧化过程。 1.2 煤自燃的不同阶段 （1）水吸附阶段。与其他阶段不同，这个阶段只是个
5、物理过程，煤与氧不会发生反应，煤吸附水虽不是煤自燃的根本原因，但他对煤自热，特别是低品级的煤自热有重要影响。当水被煤吸附时会放出大量热，即润湿热。所以，多数情况下该阶段对煤的自燃都起着关键作用。 （2）化学吸附阶段。煤自燃过程首先在这个阶段发生化学反应。该阶段的反应温度为环境温度至70。这伸过程中煤吸附氧气会产生过氧化物，因而叫做化学吸附阶段。化学吸附阶段煤重略有增加，并产生气体，其中的CO可作为标准气体，通过监测CO浓度可对煤的自燃进行早期预报，化学吸附阶段需要少量水参加反应。根据煤的品级和类型不同，化学吸附的放热量在5.046.72J/g之间变化。若煤温达到70时会分解，煤重随之在幅度下降
6、，甚至比原始煤重还要轻。煤中水汾的蒸发可带走一些热量，该过程产热量晨16.875.6J/g间变化。若煤氧化进行到这个阶段，想使其不自燃是非常困难的。 （3）煤氧复合物生成阶段。该阶段生成一种稳定的化合物，即煤氧复合物。其反应温度范围为150230。产生的热量25.2003.4J/g。这个阶段煤重又有所增加，煤氧化进行到这个阶段必然发生自燃。 （4）燃烧初始阶段。这是煤氧复合物生成阶段到煤快速燃烧阶段的过渡时期，煤温达230时，煤氧化可进行到个阶段。此时煤的反应热为42243.6J/g。这些热量使煤迅速上升促进了煤的快速燃烧。 （5）快速燃烧阶段。这是煤自热的最后阶段，它描述了煤的实际燃烧过程。
7、依氧气供应充足与否，这个阶段可能发生干馏、不完全燃烧或安全燃烧。如果燃烧充分，其反应热等于煤的发热值。2 煤的自热影响因素 2.1 煤质 煤质本身对煤自热敏感性有显著的影响。 （1）煤的品级。煤的品级表明了煤的变质程度，常用挥发分含量和含煤量表示。品级低的纯煤自热热敏感性高，而且，随着煤的品能升高其自热敏感性下降。因而，干燥褐煤最易自热而无烟煤几乎不自热。但含有大最水分的褐煤较纯褐煤不易自燃。 （2）煤的水分含量。煤中水分的含量对煤的自燃性有很大影响。水分含量达饱和的煤，特别是在水分含量高的褐煤和次烟煤被开采和干燥前，煤体不再吸附水分，因而不能放出润湿热。煤氧化放出的热量通常使内在水分温度升高
8、。另一方面，自热时的化学反应需要有少量的水分参加。低口级煤水分含量远远大于化学反应的需要量。因而，对低品级煤来说，水分实际上是煤自热的阻化剂。 （3）矿物质。煤中的矿物成分也叫灰分。它可与氧反应放热增加煤温，而且使煤分解以增加煤与空气接触的表面积，如黄铁矿，它可以吸收氧化反应放出的部分热量降低煤的氧化反应进程；煤的高灰分使单位质量的氧化热降低。 2.2 开采和贮运的环境因素 环境因素对煤自热的影响为：可使煤的水分含量发生变化；改变煤氧接触条件：使生产成的热量扩散。可分为： （1）地质因素。断层和裂隙有利于空气和水分与煤接触。因而散热没有明显增加，却增加了煤发生氧化的机会和水的吸附。也就是说断层
9、和裂隙增加了煤自燃的危险性。埋藏深的煤层地面漏风较少。采空区遗煤（特别对于厚煤层）因不能完全回采而增中了煤的自燃危险性。 （2）开采因素。开采因素对煤自燃的影响主要有2个方面，即通风和煤破碎，没有通风或通风充分的地方，煤自燃的可能性较低。而通风不充分地方煤自燃的可能性较大。裂隙漏风是不充分漏分，它创造了煤进一步氧化的条件，而散热条件并未被改善。所以，任何漏风对煤炭自燃来说都是很危险的。 （3）贮运因素。在贮存和运输过程中，影响煤自燃的因素要为通风不充分和干燥的低品级煤因雨淋和喷洒水产生润湿热。3 煤炭自燃的综合防治措施 3.1煤层自燃的预测预报 （1）鉴于煤在低温氧化阶段产生CO，因此，CO是
10、早期揭露火灾的敏感指标。在矿井的采煤工作面回风道、综掘煤巷等有自然发火的地点设置CO传感器，若发现CO浓度超限，便可采用便携式CO检测仪追踪监测确定高温点。 （2）采用红外探测法判断高温点的位置，红外探测法其基本原理是，根据红外辐射场的理论，建立火源与火源温度场的对应关系，从而推断出火源点的位置。 （3）用钻孔测温辅助监测。对顶煤破碎或有自燃危险的地点，埋设测温探头，定期监测温度变化情况。 （4）加强漏风检测。定期采用示踪气体法，检查顺槽漏风量。对漏风集中的区域加强观测。 3.2 预防措施 （1）均压通风控制漏风供氧。均压通风是控制煤层开采中采空区等漏风的有效措施。首先，要在保证冲淡CH4，风
11、速，气温和人均风量的要求下，全面施行区域性均压通风，其调压措施包括单项调压和多项措施联合调压，具体实施中的形成的工作面均压逐步扩大到邻近工作面采空区的区域性均压。 （2）喷浆堵漏钻孔灌浆。对煤层开采中的可疑地点或已出现隐患地点进行全封闭喷浆和打浅密集钻孔注浆，是防止自然发火的2个有效措施。 （3）注凝胶防灭火。采用注凝胶技术处理高温点或自然发火是煤层开采中防灭火的重点措施，其方法是将凝胶注入高温点或火点的周围煤体中，其作用是既可以封堵漏风通道，又可以吸热降温。4 煤炭自燃阻化新技术新理论4.1三相泡沫技术【1】三相泡沫是由气相（氮气）、固相（粉煤灰或黄泥等）、液相（水）以经发泡而形成的具有一定
12、分散体系的混合体，成功的集气相介质的窒息性、固相介质的隔绝氧气功能和液相介质的吸热降温功能等优点于一体，大大提高了防灭火的实际效果。粉煤灰或黄泥浆注入氮气发泡后形成三相泡沫，体积大幅度增大，加之其流动呈面流动状态，在采空区中可向高处堆积，对低、高处的浮煤均能有效地覆盖，避免了普通注水或注浆工艺中的拉沟现象，能够对采空区遗煤或着火煤体的实现很好的覆盖和隔绝氧气效果。氮气能有效地固封于三相泡沫之中并下落到火区底部，随泡沫破灭而释放出，并能较长时间滞留在采空区中，相比普通注氮防灭火技术具有不易流失的特点，充分发挥了氮气的惰化、抑爆作用。三相泡沫中含有粉煤灰或黄泥等固态物质，这些固态物质是三相泡沫面膜
13、的一部分，可较长时间保持泡沫的稳定性，即使泡沫破碎了，具有一定粘度的粉煤灰或黄泥仍然可较均匀地覆盖在浮煤上，可持久有效地阻碍煤对氧的吸附，从而有效地遏制煤炭自然发火的进程。另外，三相泡沫的产生速度很快，能够很快充满煤矿采空区，从而有效扑灭采空区等大空间的火灾和煤堆火灾。综上可知：三相泡沫具有降温、阻化、惰化、抑爆等综合防灭火性能。4.2高硫综放面预注阻化液防治煤炭自燃技术【2】煤体预注阻化液技术，这个新技术彻底解决了阻化液均匀覆盖与包裹煤体的问题。即用煤层注水技术将阻化剂溶液注入煤体，使其浸入煤的层理、节理、裂隙和孔隙中去，这样，即使煤体被开采破坏散落后，在破碎煤与外界空气的接触面上也会存在一层阻化液膜，在物理化学作用下阻止煤与氧接触，达到防止氧化的目的，起到防火的作用。而且，由于阻化液是采用高压方法注入煤体，不容易散失和风干，与向空区内的遗煤喷洒阻化液方法相比较，阻化的效果大大提高了，阻化时间大大延长了。参考文献：【1】 戚绪尧，王德明，周福宝 自燃超厚煤层综放开采的煤自燃防治技术 学术论文-中国科技论文在线【2】 郭新安，高庆丛，苏士龙，尹晓丹，李金帅 高硫综放面预注阻化液防治煤炭自燃技术学术论文-中国科技论文在线2010，3（17）
