煤自燃倾向性测试方法综述

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1、万方数据第9卷第2期2009年4月安全与环境学报J0umaJofSafecyand踟“mnmentV01．9No．2A—l，2009文章编号：I009．6094(2009)02一0132舶煤自燃倾向性测试方法综述*王海晖(中国科学技术大学火灾科学同家重点实验窀，合肥230026)捕要：煤亡}加热和自燃现象是煤暴露在空气中经历氧化反应表现出的特性，是煤开采、运输和存储过程中导致火灾事故的上要原因。对研究煤与氧气相瓦作用效果的方法和随之产生的煤自燃倾向性测定方法进行了概述，包括发展历史、测定参数和操作要点。不仅介绍了3种传统技术，即“氧吸附”法、交叉点温度法(c盯

2、)和绝热情热计法，还以基于DT^／Ds(=的测试方法、篮热法和陈氏方法为霞点．探讨了近几十年开发翱心刚的-卫要技术和方法。通过对不同测试方法功能的比较和分析，阐明了它们备[I的优缺点。关键词：安全L程；煤[I加热和白燃倾向性；测试方法中圈分类号：佃竹2．1；x915．5文献标识码：Ado-：10．3969／j．ism．1009-6094．2009．02．032O引言煤一旦被开采和与空气接触，困其活性将与空气中的氧气发牛低温氧化反应，在条件合适时会发乍自加热并最终出现自燃。这砦火害性现象不仅导致其町利用热值丧失，『fIi且给煤的外采、加I：处理和利用带来严茕的安

3、伞问题

4、l⋯。因为不I口j煤体在化学组分、物理结构和尺度以及风化程度上的差异，煤在自加热和随之JIlj来的自燃现象中表现m不同的特性。正如对煤进行的普通分类一样，对煤的自加热和自燃倾向性的了解和分级给煤的安全开采以及运输和储存过程中火火防护提供着至关莆要的指导。鉴于此，已经有许多方法被开发出来用于评定煤的自加热和自燃倾向性。这些方法都是源于对煤一氧相互作用效果的研究，例如煤的氧气吸收量、氧化产物的牛成以及伴随而来的热形成【1⋯。一种面向实际应用的测试方法一般通过构建测试装置、确定测晟参数或指标值并对特定煤品走向自加热和自燃潜力进行评估的步骤来实现。而具体测试L

5、作的难点主要在选掸合适的方法并将表征栩对缓慢化学过程本质的参数值予以可靠提取。本文概括介绍传统的和近儿十年开发出的井在国际L较流行的测试方法。通过比较这些方法的功能和特性，分别对它们的优缺点进行分析，并简要讨论测试方法的发展趋势。l传统方法概述文献中出现的方法主要有3种，Ⅱp．‘氧吸附”法、交叉点温度法(cPI')和绝热最热技术。这螳方法分别在上个世纪早些时候被开发和应用。1．1“氧吸附”法该办法即英文中的“0xygenadsorption”技术，也就是通常意义E的氧吸收法。用以考究在特定条件下煤吸收氧气并产生气体氧化物的能力f4刮。一般将数_f‘克样品放置在

6、反成器中，将反．『I；f器密封放嚣在加热炉L}，若干天，使样品充分捕获封*收稿日期：2008—09一12作者简介：王海晖，研究员，博导，从事煤白燃现象摹础和控制技术研究，HHw"94@∞lc．edu．en。132闭在反应器内的氧分子。实验过程中将加热炉的温度控制在恒定水平，同时利用压力计(传感器)、气体分析仪或气相色谱仪，分时段检测反应器中氧气和气相氧化产物的分压力或浓度，由此确定氧的吸收速率和气相氧化产物的产生速率。通过“氧吸附”技术测定的样晶吸收氧气的量通常町以作为确定煤与氧作用的活性和自加热倾向性的指标。例如，winmiu【5l在20世纪早哆时候就提出，

7、具有火火倾向的煤必须拥有每100g在30℃和96h条件下吸收超过300cm3氧的能力，而那些低于200cm3／(100g煤)吸收水平的煤就不可能显示自加热倾向。日前在中国，煤相对自加热的倾向性已根据特定条件下的氧吸收最被分成3个等级【7j。由“氧吸附”技术派生出的另一个指标叫做Graharn比率或称为CO指标，它被定义成在特定测试过程中产生的c0体积分数(x10“)和吸收的02的体积分数(％)的比值【引。基于对几种美国煤的氧吸收量的测定，Kuchta等19J建议把CO指标值超过180看成是具备高自加热倾向性煤的特征。M．mn等il剖的研究结果表明，基于氧的吸收

8、量和运用Gnham比率(c0指标)给煤的自加热倾向进行分级时在结果上有显著差异，反映了在煤与氧楣互作用过程中发牛的两种不同的现象。很显然，煤吸收氧气是一种包含物理和化学过程的现象，而Graham比率表征的足煤将吸收的氧分子转化成气相氧化产物的能力。1．2交叉点温度技术这种方法最先被引入用以测量所谓煤的相对着火温度⋯．J引。早期的研究人员将粉状的煤样放入试管并置于油或沙池中，然后以纯氧或空气通入试管，在不断提高油池温度的同时监测样品和油池的温度。一目．样品温度赶上油池温度，记录下温度值，该温度称为交叉点温度(cm昭ing-pointtem-pe憎tu他，缩写为C

9、Prr)或相对着火温度。目前在用交叉点