煤的自燃及测试方法

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1、9/18/20249/18/2024第二讲第二讲 煤的自燃及测试方法煤的自燃及测试方法 第一节第一节 煤的煤的自燃学说自燃学说1）黄铁矿作用学说）黄铁矿作用学说 黄黄铁铁矿矿作作用用学学说说是是最最早早试试图图打打开开煤煤炭炭自自燃燃之之迷迷的的学学说说之之一一，它它在在十十七七世世纪纪提提出出并并很很快快得得到到了了很很大大的的发发展展。该该学学说说认认为为：黄黄铁铁矿矿吸吸氧氧后后体体积积膨膨胀胀，挤挤碎碎了了煤煤块块，增增大大了了裂裂隙隙，同同时时黄黄铁铁矿矿吸吸氧氧后后有有水水时时要要发发生生放放热热反反应应，热热量量聚聚积积，以以致致煤煤的燃烧。的燃烧。2）细菌作用学说）细菌作用学说

2、 煤炭自燃的起因是细菌求生活动的过程，这种活动能助长煤中有机物的氧化煤炭自燃的起因是细菌求生活动的过程，这种活动能助长煤中有机物的氧化发酵生热，而导致煤的自燃。发酵生热，而导致煤的自燃。3）酚基作用学说）酚基作用学说 酚基作用学说认为：煤的有机化合物中，以酚基最易受到氧化，所以最初是酚基作用学说认为：煤的有机化合物中，以酚基最易受到氧化，所以最初是酚基类氧化发热而导致其它有机物的氧化发热。酚基类氧化发热而导致其它有机物的氧化发热。4）煤氧复合学说）煤氧复合学说 煤煤中中含含有有一一种种易易于于被被空空气气低低温温氧氧化化的的活活性性物物质质，这这种种活活性性物物质质的的多多少少，取取决决于于煤

3、煤的的变变质质程程度度的的高高低低，变变质质程程度度越越高高，活活性性物物质质就就越越少少。煤煤接接触触氧氧后后，活活性性物物质在低温下与氧化合，放出微热，热量积聚而导致煤的自燃。质在低温下与氧化合，放出微热，热量积聚而导致煤的自燃。第二节第二节 煤炭氧化过程煤炭氧化过程1）准备期）准备期 （潜伏期）（潜伏期）煤在低温下吸附空气中的氧，在煤的表煤在低温下吸附空气中的氧，在煤的表面生成不稳定的初级氧化物羧基面生成不稳定的初级氧化物羧基OH、羟基羟基COOH，煤温与环境温度不变，煤，煤温与环境温度不变，煤重增加，着火点降低，化学活性增加。重增加，着火点降低，化学活性增加。2）自热期自热期自热前期：

4、煤温上升，不稳定的初级氧自热前期：煤温上升，不稳定的初级氧化物进一步生成化物进一步生成H2O、CO2、CO及及CxHy。自热后期：当温度达到自热后期：当温度达到60-80的临界的临界温度时，氧化速度加剧。温度时，氧化速度加剧。3）燃烧期（自燃期）燃烧期（自燃期）煤温达到着火温度（无烟煤煤温达到着火温度（无烟煤400、烟煤烟煤320-380 、褐煤、褐煤300）开始）开始燃烧。燃烧。4）冷却风化）冷却风化煤在氧化过程中，如有良好的冷却散热条件以至温度不能上升，则发生风化。风煤在氧化过程中，如有良好的冷却散热条件以至温度不能上升，则发生风化。风化后的煤不再发生自燃。化后的煤不再发生自燃。为为什什么

5、么有有的的煤煤能能自自燃燃，有有的的煤煤不不会会自自燃燃，如如：河河南南焦焦作作的的煤煤不不易易燃燃，陕陕西西铜铜川川、辽辽宁宁抚抚顺顺、甘甘肃肃窑窑街街等等的的煤煤易易燃燃。煤煤炭炭自自燃燃与与否否取取决决于于煤煤本本身身的的物物理理化化学学性性质质和和外外部部的的散散热热条条件件。因因此此煤煤炭炭的的自自燃燃与与否否主主要要取取决决于于两两个因素：个因素：内因因素：内因因素：指煤本身的自燃倾向性，煤本身的氧化能力和物理化学特征。指煤本身的自燃倾向性，煤本身的氧化能力和物理化学特征。 煤要自燃，首先必须要有自燃倾向性，即要有自燃的能力。煤要自燃，首先必须要有自燃倾向性，即要有自燃的能力。外因

6、因素：外因因素：指煤在氧化过程中的通风供氧和热交换的条件。指煤在氧化过程中的通风供氧和热交换的条件。因此，煤炭自燃必须同时满足四个条件：因此，煤炭自燃必须同时满足四个条件：1 1）煤本身要有自燃倾向性；）煤本身要有自燃倾向性；（有自燃倾向性的煤呈破碎堆积）（有自燃倾向性的煤呈破碎堆积）2 2）要有连续的供氧条件；）要有连续的供氧条件；3 3）热量易于积聚；）热量易于积聚；4）足够的氧化时间。）足够的氧化时间。第三节第三节 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3.1 3.1 煤炭自燃煤炭自燃倾向性倾向性影响因素影响因素 影影响响煤煤炭炭自自燃燃倾倾向向性性的的因因素素（内内因

7、因因因素素）主主要有：要有：1 1）煤的变质程度煤的变质程度2 2）煤的水分煤的水分3 3）煤岩成分煤岩成分4 4）煤的含硫量煤的含硫量5 5）煤的粒度、孔隙度与脆性煤的粒度、孔隙度与脆性 鉴定煤的自燃倾向性对于掌握自燃火灾的发生规律，有鉴定煤的自燃倾向性对于掌握自燃火灾的发生规律，有针对性地采取防火措施具有重要意义。针对性地采取防火措施具有重要意义。 我国煤矿安全规程我国煤矿安全规程（第（第209209条）条）第第228228条规定：条规定： 煤的自燃倾向性分为容易自燃、自燃、不易自燃三类。煤的自燃倾向性分为容易自燃、自燃、不易自燃三类。 新建矿井的所有煤层的自燃倾向性由地质勘探部门提供新建

8、矿井的所有煤层的自燃倾向性由地质勘探部门提供煤样和资料送国家授权单位作出鉴定，鉴定结果报省（自治煤样和资料送国家授权单位作出鉴定，鉴定结果报省（自治区、直辖市）煤矿安全监察机构及煤炭管理部门备案。区、直辖市）煤矿安全监察机构及煤炭管理部门备案。 生产矿井延深新水平时，必须对所有煤层的自燃倾向性生产矿井延深新水平时，必须对所有煤层的自燃倾向性进行鉴定。进行鉴定。 开采容易自燃和自燃煤层的矿井，必须采取综合预防煤开采容易自燃和自燃煤层的矿井，必须采取综合预防煤层自然发火的措施。层自然发火的措施。 目前常用的测试方法有：目前常用的测试方法有： 1 1）煤自燃倾向性色谱吸氧鉴定法煤自燃倾向性色谱吸氧鉴

9、定法 2 2）着火温度降低值测定法）着火温度降低值测定法煤的自燃倾向性鉴定煤的自燃倾向性鉴定煤自燃倾向性色谱吸氧鉴定法煤自燃倾向性色谱吸氧鉴定法 1 1）煤的自燃倾向性）煤的自燃倾向性 煤在常温下氧化能力的内在属性煤在常温下氧化能力的内在属性 2 2）流动色谱吸氧法）流动色谱吸氧法 应用热导法双气路气相色谱分析检测技术，测定煤对流态氧的吸附能力，应用热导法双气路气相色谱分析检测技术，测定煤对流态氧的吸附能力，以吸氧量表征煤的氧化自燃性能。以吸氧量表征煤的氧化自燃性能。 3 3）步骤）步骤 （1 1）煤样的预处理）煤样的预处理 制备好的煤样称取制备好的煤样称取1g1g装入标准样品管中，通以氮气装

10、入标准样品管中，通以氮气( (流量流量30cm30cm3 3min)min)，在柱箱温度为在柱箱温度为105105的条件下处理。的条件下处理。 （2 2）吸氧量的测定）吸氧量的测定 将处理好的煤样，在柱箱温度为将处理好的煤样，在柱箱温度为3030，热导温度为，热导温度为80-10080-100，载气氮流，载气氮流量为量为3 3minmin，吸附氧气流量为，吸附氧气流量为3 3minmin的条件下，吸附氧的条件下，吸附氧气气20min20min后，测定脱附峰面积后，测定脱附峰面积S1S1； 将煤样倒出，在相同的条件下，同一样品管空管吸附氧气将煤样倒出，在相同的条件下，同一样品管空管吸附氧气5mi

11、n5min，测定脱，测定脱附峰面积附峰面积S2S2；根据；根据S1S1、S2S2计算吸氧量值。计算吸氧量值。4 4 煤自燃倾向性等级煤自燃倾向性等级分类分类 以每克干煤在常温以每克干煤在常温(30)(30)、常压、常压(1.0133104Pa)(1.0133104Pa)下的下的吸氧量作为分类的主指吸氧量作为分类的主指标，煤的自燃倾向性等标，煤的自燃倾向性等级按表级按表1 1、表、表2 2分类。分类。5 5 允许误差允许误差 煤吸氧量测定结果的煤吸氧量测定结果的允许平行误差不得超过允许平行误差不得超过表表3 3的规定：的规定：自燃倾向自燃倾向性等级性等级 自燃倾向自燃倾向性性 煤的吸氧量，煤的吸

12、氧量，cm3cm3gg干煤干煤 容易自燃容易自燃 0.700.70 自燃自燃 0.40 Vd 0.70 0.40 Vd 0.70 不易自燃不易自燃 0.40 0.40 自燃倾向自燃倾向性等级性等级 自燃倾向自燃倾向性性 煤的吸氧煤的吸氧量，量，cm3cm3gg干煤干煤 全全 硫硫 容易自燃容易自燃 1.00 1.00 2.00 2.00 自燃自燃 1.00 1.00 不易自燃不易自燃 2.00 2.00 1)1)含可燃挥发分含可燃挥发分18180 0。 表表2 2 高硫煤、无烟煤高硫煤、无烟煤1 1）自燃倾向性分类表自燃倾向性分类表表表1 1 褐煤、烟煤类自燃倾向性分类表褐煤、烟煤类自燃倾向性

13、分类表同一同一实验室实验室 不同不同实验室实验室 0.05 0.05 0.10 0.10 表表3 3 煤吸氧量测定的煤吸氧量测定的平行实验误差平行实验误差专用标准样品管结构示意图专用标准样品管结构示意图ZRJ-1型流态色谱吸氧仪器型流态色谱吸氧仪器 第四节第四节 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 如前所述，煤炭的自燃与否，如前所述，煤炭的自燃与否，主要取决于煤炭本身的自燃倾向性，主要取决于煤炭本身的自燃倾向性，煤本身煤本身的物理化学性质和外部的漏风供氧和热交换的条件。的物理化学性质和外部的漏风供氧和热交换的条件。 因此，煤的自燃取决于两个因素：因此，煤的自燃取决于两个因

14、素：一个是内因因素，即一个是内因因素，即煤炭自燃倾向性；煤炭自燃倾向性；一个是外因因素，即煤炭氧化过程中的连续供氧和蓄热的条件。一个是外因因素，即煤炭氧化过程中的连续供氧和蓄热的条件。 内因的影响因素是先天的因素内因的影响因素是先天的因素，是在成煤之前或在成煤的过程中就已经，是在成煤之前或在成煤的过程中就已经存在了的。如前面所述：存在了的。如前面所述：煤的变质程度、煤的水分、煤岩成分、煤的含硫量、煤的变质程度、煤的水分、煤岩成分、煤的含硫量、煤的粒度、孔隙度与脆性等煤的粒度、孔隙度与脆性等 。 而而外因的影响因素则是后天的因素外因的影响因素则是后天的因素，主要包括：地质变动、煤层赋存条，主要包

15、括：地质变动、煤层赋存条件、开拓开采条件和通风条件等的影响。件、开拓开采条件和通风条件等的影响。 实验证明，一个煤层或矿井自然发火的危险程度并不完全取决于煤的自燃实验证明，一个煤层或矿井自然发火的危险程度并不完全取决于煤的自燃倾向性，在一定程度上还受煤层的地质赋存条件、开拓、开采和通风条件的倾向性，在一定程度上还受煤层的地质赋存条件、开拓、开采和通风条件的影响。一个弱自燃倾向性的矿井，如果不重视安全工作，乱采乱伐，四处漏影响。一个弱自燃倾向性的矿井，如果不重视安全工作，乱采乱伐，四处漏风，则煤炭自燃发火的几率可能要比一个强自燃倾向性的矿井大。风，则煤炭自燃发火的几率可能要比一个强自燃倾向性的矿

16、井大。 因此。影响煤炭自燃的外因因素也是不可忽视的。因此。影响煤炭自燃的外因因素也是不可忽视的。影响煤炭自燃的外因因素：影响煤炭自燃的外因因素：影响煤炭自燃的外因因素主要有：影响煤炭自燃的外因因素主要有：1 1）煤层地质赋存条件煤层地质赋存条件2 2）地质构造的破坏程度地质构造的破坏程度3 3）围岩性质围岩性质4 4）采掘技术因素采掘技术因素5 5）通风条件通风条件4.2 4.2 煤层自然发火期煤层自然发火期煤矿安全规程执行说明煤矿安全规程执行说明4747条规定：条规定：1 1、煤层中出现下列情况之一者，该煤层定为自然发火煤层：、煤层中出现下列情况之一者，该煤层定为自然发火煤层：1 1）煤炭自

17、燃引起明火；）煤炭自燃引起明火； 2 2）煤炭自燃发生烟雾；）煤炭自燃发生烟雾；3 3）煤炭自燃发生煤油味；）煤炭自燃发生煤油味； 4 4）采空区测取的）采空区测取的COCO浓度超过矿井浓度超过矿井 实际统计的临界指标。实际统计的临界指标。2 2、巷道中煤层自然发火期应以自然发火地点在揭露煤之日起至发生自然、巷道中煤层自然发火期应以自然发火地点在揭露煤之日起至发生自然发火时为止的时间计算，一般以月为单位。发火时为止的时间计算，一般以月为单位。3 3、回采工作面煤层自然发火期应以工作面开切眼之日起至发生自然发火、回采工作面煤层自然发火期应以工作面开切眼之日起至发生自然发火时为止的时间计算，一般以月为单位。时为止的时间计算，一般以月为单位。煤炭自燃倾向性、煤炭自燃倾向性、自然发火危险程度、煤层自然发火期三者关自然发火危险程度、煤层自然发火期三者关系：系：煤炭自燃倾向性煤炭自燃倾向性是煤层的自然属性，是煤本身的氧化能力和物理化学特征，是煤层的自然属性，是煤本身的氧化能力和物理化学特征，即煤层自燃的能力。即煤层自燃的能力。自然发火危险程度自然发火危险程度包含了内、外因的因素，表征煤层包含了内、外因的因素，表征煤层可能发生自然发火危险程度的大小。可能发生自然发火危险程度的大小。煤层自然发火期煤层自然发火期是自然发火危险程度是自然发火危险程度在时间上的量度。在时间上的量度。