煤炭自燃防灭火技术的研究

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1、煤炭自燃防灭火技术的研究1引言我国是世界上少数儿个以煤作为主要能源的国家之一，也是世界产煤大国。煤炭在我国一次能源消费中占76%,在国民经济中占有十分重要的地位。近几年,我国对煤炭行业进行了整合重组，以加强我国的煤炭生产能力。同时，我国现在依然还在进口煤炭，仅以俄罗斯为例，到2012年，我国从俄罗斯进口原煤将到达1500万吨。因此可以看出，我国以煤为主要能源的生产和消费特征在今后相当长的时间内都不会改变。煤炭白燃是我国矿井的主要灾害Z—，长期以来严重威胁煤矿的安全生产并影响矿井的经济效益。我国在对国有重点煤矿657处矿井的调查结果显示，有自

2、燃发火倾向性的矿井361处；在煤与瓦斯突出矿井屮，有自然发火倾向性和煤尘爆炸危险的三种灾害并存的矿井71处；在高瓦斯矿井中，有自然发火倾向性和煤尘爆炸危险的三种灾害并存的矿井87处。同时据另一些资料统计，在全国600多对统配煤矿和重点煤矿中，自燃火灾次数占火灾总次数的90%以上，在已开采过的220个综放工作面中发生了182次自燃火灾事故。煤炭白燃直接损失了大量的煤炭资源，危害着矿山安全生产，特别是通过大量有害气体的传播直接污染了大气，恶化了区域生态环境，降低了当地居民的生活环境质量，对区域社会经济发展和人类的生存和健康也有较大的潜在危险。对

3、煤炭企业来说，煤自燃的发生，极易造成矿井火灾。轻则影响生产；重则可能烧毁大量的煤炭资源和矿井设备；更为严重的则可能引燃瓦斯煤尘爆炸或自燃所产生的烟气污染整个矿井，酿成人员伤亡的恶性事故。因此，煤层自燃火灾已成为制约矿井安全生产与发展的主要因素之一。2煤层自燃发火及其影响因素分析煤自燃是一种复杂的物理化学反应，早在十七世纪被人们发现，煤炭自燃是指：煤在常温环境下会与空气中的氧气通过物理吸附、化学吸附和氧化反应而生出微小热量，且在一定条件下氧化产热速率大于向环境的散热速率，产生热量积聚使得煤体温度缓慢而持续地上升，当达到煤的临界自热温度后，氧化

4、升一温速率快速增肌，最后达到煤的着火点温度而燃烧起来，这样的现象和过程就是煤的自燃。2.1煤的氧化自燃2.1.1煤的氧化过程采落的煤或井下的煤暴露在空气中，则除无烟煤外所有的煤，除惰质组外几乎所有的煤岩组分，都对氧特别敏感。空气对煤的最初阶段的特征是氧在煤表血上的物理吸附和化学吸附。一般认为，煤炭低温吸氧过程有一下三种途径：(1)空气中的氧在范德华力的作用下吸附在煤的表面，在物理吸附吋能放出与气体凝聚热相当的能量（即物理吸附热），物理吸附热是可逆。（2）空气中的氧分子与煤表面通过化学作用而形成的吸附。在吸附过程中，发生电子转移或原子重排，以

5、及化学键的断裂与形成过程，包括形成表面络合物。其吸附时放出的热量相当与化学反应热，比物理吸附热大的多。化学吸附是不可逆的。氧气在煤表面发生化学吸附，并随之形成酸性官能团，如酚基一OH.-COOH和CO。如有水存在或因氧化初氢反应（即一CH?二CO+IbO）而产生水，则同时还会有过氧化物等形成。后者浓度积累到一定值，且达到一定温度时，氧化作用自动加速，如果连锁反应不断进行，释放的热量不能及吋排除，一旦达到煤的着火点温度就会引起自燃。如果水分含量大于12%,由于水分的大量蒸发带走了热量，口燃趋势降低。（3）空气中的氧分子与煤发生化学反应，并产生

6、一定氧化产物。在低温氧化过程中形成的氧化产物主要是CO,这种化学反应是放热过程。煤炭低温吸附氧的过程这三种。2.1.2煤的自燃过程煤氧化自燃过程可分为三个时期：（1）潜伏期：煤层自开采时，接触空气起到煤温开始升高为止的时间区间称为潜伏期。这个时期也是煤的氧化低温时期，这时煤与氧的主要反应是物理吸附,放热很小。潜伏期的煤经过低温氧化后燃点降低。煤的潜伏期时间的长短与煤的变质程度和外部条件有关，如褐煤煤化程度最低，几乎没有潜伏期；烟煤则有一个很长潜伏期。另外，改善通风和散热条件则可以延长煤的潜伏期。（2）自热期：经过潜伏期后，煤的氧化速度增加，

7、温度升高，当温度超过不Ti二60—80°C时，煤的氧化速度急剧增加，当达到着火温度以上时就会发生燃烧。这个时期就成为自热期。在这个时期内，煤会出现干谓现象，生成碳氢化合物和一氧化碳（C0）、二氧化碳（COJ等气体，煤体呈赤热状。这个时期反应明显，常规仪器就可以探测到煤自热时放出的各种反应物。（3）燃烧期：当煤的自热温度达到着火温度时，此时若有足够的通风供氧，就能发生燃烧。一般会岀现明火、烟雾等现象，同时放岀一氧化碳、二氧化碳等气体。火源中心温度可高达1000—1200°Co2.2影响煤自燃发火的因素2.2.1影响煤自燃的内因（1）煤的变质程

8、度。各种牌号的煤都有发生自燃的可能，但在褐煤矿井，煤化程度低的一些煤层自燃发火次数要多一点。煤化程度较高的煤，自燃倾向性越小。但决不能以煤化程度作为判定自燃倾向性大小的唯一标志。