煤炭自然发火专题论文
煤层自然发火机理及其规律与防治应用

煤层自然发火机理及其规律与防治应用煤层自然发火是煤矿工作面主要的安全隐患之一,煤层自然发火发生后,不仅会造成矿井安全事故,还会对环境造成严重污染。
煤层自然发火的机理及其规律与防治应用是煤矿安全工作中需要重点关注的问题。
本文将从煤层自然发火的机理、规律及其防治应用等方面进行探讨。
一、煤层自然发火的机理煤层自然发火是指煤层内在没有受到外部热源干扰的情况下,由于特定条件的存在而自行燃烧的现象。
煤层自然发火的机理比较复杂,主要包括以下几个方面:1. 煤的热氧化煤的热氧化是煤层自然发火的主要机理之一。
煤在受热的情况下会发生氧化反应,产生大量热量。
如果煤层内的氧气供应充足,就会导致煤层内部温度升高,最终引发煤层自然发火。
2. 煤的自燃煤的自燃是指在煤层内部温度升高的情况下,煤自身就能够开始燃烧的现象。
当煤层内部温度达到一定程度时,煤的自燃就会发生,然后引发煤层自然发火。
3. 煤的火源煤层自然发火的机理中还包括了外来的火源。
在矿井内部,可能会有一些不明火源,比如机械设备的摩擦热、电气设备的发热等,这些都可能成为煤层自然发火的火源。
以上就是煤层自然发火的机理的主要内容,通过对这些机理的了解,就能够更好地预防和治理煤层自然发火。
煤层自然发火的规律主要包括了发火的条件和发火的规律两个方面。
1. 发火的条件煤层自然发火需要满足一定的条件,主要包括氧气、煤、热量和火源。
只有当这些条件同时存在时,才会引发煤层自然发火。
煤层自然发火的规律主要包括了发火的时间、发火的地点和发火的程度。
一般来说,煤层自然发火的时间是比较难以确定的,有的可能需要几年甚至更长的时间,有的可能在几个月之内就发生。
而煤层自然发火的地点一般是在煤层的深部,因为那里的氧气供应比较充足。
煤层自然发火的程度也是比较难以确定的,有的可能只是轻微的燃烧,有的可能会造成大面积的火灾。
针对煤层自然发火的机理和规律,我们可以采取一些措施来预防和治理煤层自然发火。
1. 加强巡检通过加强对矿井的巡检,发现矿井内部的异常情况,比如异常的温度、气味等,及时采取措施,可以减少煤层自然发火的发生。
《大采高超长综采工作面采空区自然发火规律研究》范文

《大采高超长综采工作面采空区自然发火规律研究》篇一一、引言随着煤炭开采技术的不断进步,大采高超长综采工作面的应用逐渐广泛。
然而,在工作面的采空区,自然发火现象日益显现,严重威胁到煤矿安全生产和人员生命安全。
因此,研究大采高超长综采工作面采空区自然发火规律,对预防和控制采空区自然发火具有重要的理论意义和实践价值。
二、研究背景及意义近年来,随着煤炭开采深度的增加和开采强度的提高,采空区自然发火的风险逐渐增大。
大采高超长综采工作面的应用,使得采空区的空间范围更大,发火的可能性更高。
因此,研究大采高超长综采工作面采空区自然发火的规律,对于指导煤矿安全生产、预防和控制采空区自然发火、保护矿工生命安全具有重要的现实意义。
三、研究内容与方法本研究以大采高超长综采工作面为研究对象,通过理论分析、现场观测、实验研究和数值模拟等方法,系统研究采空区自然发火的规律。
具体包括以下几个方面:1. 理论分析:通过分析采空区的形成过程、氧气供应条件、煤炭自燃的机理等,为研究自然发火规律提供理论依据。
2. 现场观测:在煤矿现场进行实地观测,记录采空区的温度、氧气浓度、煤炭自燃等数据,为实验研究和数值模拟提供基础数据。
3. 实验研究:通过实验室模拟实验,研究不同条件下煤炭自燃的规律,探讨影响自然发火的主要因素。
4. 数值模拟:利用计算机软件对采空区的自然发火过程进行数值模拟,分析采空区自然发火的规律和特点。
四、研究结果与分析1. 自然发火的规律:通过对现场观测和实验研究的结果进行分析,发现大采高超长综采工作面采空区自然发火的规律主要表现为温度逐渐升高、氧气浓度降低、煤炭自燃等现象。
同时,发现自然发火的速度和程度与煤炭的含水量、氧气供应条件、空间范围等因素密切相关。
2. 主要影响因素:通过实验研究和数值模拟,发现影响自然发火的主要因素包括煤炭的含水量、氧气供应条件、空间范围、通风条件等。
其中,煤炭的含水量对自然发火的影响最为显著,含水量越高,自然发火的可能性越低。
防治煤层自然发火管理(三篇)

防治煤层自然发火管理煤层自然发火是煤矿安全生产的一大隐患。
煤层自然发火会引发煤矿火灾,造成人员伤亡和财产损失。
因此,对于煤层自然发火的防治管理至关重要。
本文将从以下几个方面进行阐述。
一、煤层自然发火的原因分析煤层自然发火是由于煤体中的一些化学反应引起的。
主要原因包括:煤体中的煤中硫、煤中氧以及火成岩中的硫矿石等与呼吸过程中的氧反应生成二氧化硫和二氧化碳等物质,使煤体氧化产生热量,引起火灾。
二、煤层自然发火的危害煤层自然发火危害主要表现在以下几个方面:1. 煤矿火灾:煤层自然发火是引发煤矿火灾的主要原因之一。
火灾造成人员伤亡和财产损失。
2. 煤矿瓦斯爆炸:煤层自然发火会导致煤矿瓦斯大量释放,增加了瓦斯爆炸的风险。
3. 煤层变形破坏:煤层自然发火会引起煤层的变形和破坏,导致矿井安全失控。
三、煤层自然发火的防治措施为了防止煤层自然发火,需要采取一系列的防治措施,包括:1. 煤质优化:选用低硫低热值煤和无烟煤,减少煤体中的易燃物质含量。
2. 减少氧气:控制通风量,减少煤层中氧气的含量,降低煤体的氧化速度。
3. 加强巡检:定期对矿井进行巡检,及时发现煤层自然发火的迹象,采取相应的措施进行处理。
4. 管理员培训:加强煤矿管理人员的培训,提高他们对煤层自然发火的防治能力。
5. 安全设施完善:煤矿应配备完善的自动监测、报警和灭火设备,及时发现并扑灭煤层自然发火。
四、煤层自然发火的管理煤层自然发火的防治工作需要通过规范的管理来实施。
1. 建立预防机制:通过编制煤层自然发火的预防方案,明确责任部门和责任人,加强组织领导。
2. 预警系统建设:建立煤层自然发火的预测预警系统,通过监测和分析煤矿的各项指标,提前预警。
3. 建立应急救援机制:针对煤层自然发火可能引发的火灾,建立完善的应急救援预案和队伍,确保能够及时有效地进行救援。
4. 加强技术研发:加大对煤层自然发火的科学研究力度,研究解决煤层自然发火的关键技术和设备。
总结:煤层自然发火是煤矿安全生产的重要问题,需要加强科技研发、加强管理和加强预防工作。
《2024年大采高超长综采工作面采空区自然发火规律研究》范文

《大采高超长综采工作面采空区自然发火规律研究》篇一一、引言煤炭工业是我国能源生产的重要组成部分,采煤技术持续发展和更新对于提高煤矿开采效率和安全具有重要意义。
在大型煤炭矿井中,大采高超长综采工作面的运用已经成为主流。
然而,随着开采深度的增加和开采强度的加大,采空区自然发火问题逐渐凸显,成为影响煤矿安全生产的重要问题之一。
因此,研究大采高超长综采工作面采空区自然发火规律,对于预防和控制煤矿火灾,保障矿井安全具有极其重要的意义。
二、采空区自然发火原因及影响因素采空区自然发火主要是由于煤层中的残留煤炭在不良的通风条件下氧化、发热、自燃所致。
影响采空区自然发火的主要因素包括:煤炭性质、通风条件、采空区内的气体成分及含量、采煤方法等。
大采高超长综采工作面的特殊性,如工作面长、高差大等,都可能对采空区的自然发火产生影响。
三、大采高超长综采工作面采空区特点大采高超长综采工作面的采空区具有以下特点:一是空间大,煤炭储量大,可能存在的潜在火灾风险更大;二是高差大,导致通风困难,局部地区容易形成氧化反应的环境;三是工作环境复杂,存在多处盲区,难以及时发现火灾源。
这些特点使得大采高超长综采工作面的采空区自然发火规律具有独特性。
四、自然发火规律研究方法及成果针对大采高超长综采工作面采空区的自然发火规律研究,可以采用多种方法,如理论分析、实验研究、数值模拟、现场实测等。
这些方法的应用,可以深入探究采空区自然发火的机理、发生条件及影响因素。
经过多年的研究和实践,已经取得了一系列成果。
例如,通过对煤炭性质的研究,发现某些煤种具有较高的自燃倾向性;通过通风条件的研究,发现合理的通风策略可以有效降低采空区的温度和氧气含量,从而抑制煤炭的氧化反应;通过现场实测,发现了采空区自然发火的典型特征和规律等。
五、防控措施及建议基于对大采高超长综采工作面采空区自然发火规律的研究,可以采取以下防控措施:一是加强煤炭性质的研究,了解不同煤种的自燃倾向性,采取针对性的防火措施;二是优化通风系统,保证采空区的通风良好,降低温度和氧气含量;三是加强现场监测,及时发现和处理火灾隐患;四是制定完善的火灾应急预案,确保在火灾发生时能够及时、有效地进行处置。
关于矿井火灾防治论文

矿井火灾危害分析及其防治技术摘要:矿井火灾是威胁煤矿安全生产、危害职工生命安全的五大灾害之一。
通过分析矿井火灾发生的基本要素、矿井火灾的分类和矿井火灾的危害等, 从外因火灾防治和自然发火防治两个方面提出了防治矿井火灾的技术途径。
1 我国煤矿矿井火灾防治现状我国煤矿自燃发火非常严重, 有56%的煤矿存在自燃发火问题, 而我国统配和重点煤矿中具有自燃发火危险的矿井约占47%,矿井自燃发火又占总发火次数的94%, 其中采空区自燃则占内因火灾的60%。
这种火灾常造成工作面封闭、冻结大量的煤炭资源和昂贵的生产设备, 造成工作面、采区风流紊乱, 影响矿井正常的生产接续, 并造成人员伤亡。
为了加强煤矿防灭火安全技术, 我国从50 年代起就在煤矿推广了黄泥灌浆防火技术, 60年代至70年代又研究出了阻化剂防火、均压通风、高倍数泡沫灭火等技术, 80年代至90年代则研究了矿井自燃发火预测系统、惰气防灭火、快速高效堵漏风、带式输送机火灾防治等技术, 并逐步形成适应普通采煤法和高产高效采煤法的综合防灭火技术。
由于我国火灾基础理论研究起步晚, 防灭火关键设备和技术有待完善和配套, 有一批亟待解决的技术问题。
因此, 矿井火灾防治工作仍然是矿井安全生产所面临的一项艰巨任务。
2 矿井火灾发生的基本要素和所有的物质燃烧一样, 导致矿井火灾发生的三个基本要素为: 热源、可燃物和空气。
2.1点火源具有一定温度和足够热量的热源才能引起火灾。
煤的自燃、瓦斯或煤尘爆炸、放炮作业、机械摩擦、电流短路、吸烟、电(气)焊以及其他明火等都可能成为引火的热源。
2.2可燃物煤本身就是一种普遍存在的大量的可燃物。
另外, 坑木、各类机电设备、各种油料、炸药等都具有可燃性。
2.3空气燃烧就是剧烈的氧化现象。
实验证明, 在氧浓度为3% 的空气环境里, 燃烧不能维持; 空气中的氧浓度在12% 以下, 瓦斯就失去爆炸性; 空气中氧浓度在14% 以下, 蜡烛就要熄灭。
关于防治煤炭自然发火技术的探究

关于防治煤炭自然发火技术的探究摘要煤炭自然发火是导致煤矿生产发生重大灾害的原因之一,是影响煤矿高效生产与工作面安全的重要因素。
因此,必须要对煤炭自然发火的防治技术加以重视。
本文主要对煤炭自然发火的预防与灭火技术进行分析,以实现煤炭自然发火的有效防治。
关键词煤炭;自燃发火;防治技术;灭火煤炭自燃是煤炭开采中的一种自然客观现象。
煤炭自燃引起矿井煤层发生火灾的报道时有发生,严重地威胁着煤矿的正常开采与采煤人员的人身安全。
随着国家经济的发展以及科学技术的提高,特厚煤层综采放顶煤高产高效技术开始得到了发展,这也使得一系列安全问题开始出现,如煤层的自燃。
这使得煤矿技术的发展受到了影响。
因此,要对煤炭自然发火的防治技术加以重视,才能有效预防煤矿火灾的出现。
1 煤炭自然发火的有效预防通常在煤矿开采的过程中,引起煤炭自燃的原因主要有:煤层本身的自燃倾向性、持续供氧以及氧化放出热量易于积聚。
因此,只要从隔断氧气供应、消除可燃物以及冷却降温这几个方面入手,就可以有效预防煤炭的自然发火。
1.1合理布置巷道石门要布置要在岩层内,保持石门围岩的完整性,将石门与巷道进行均匀的布置,保证通过石门送煤的过程中,石门段围岩良好,有利于各煤层回采结束之后的采空区的密封。
并将采空区与石门之间的岩柱保留,实现多煤层开采的石门与采空区之间的隔离,实现对采空区与石门之间的漏风所引起的自然发生有效控制。
1.2在采空区喷洒阻化剂由于阻化剂是一种是氯化钙与氯化镁共同形成的水溶液,其吸水性较强。
在喷洒阻化剂时,它可以渗透到煤的裂隙与层理节理中,并在煤层表面形成氯化物液膜,避免了氧气与煤层的接触,减少氧气对煤层的氧化作用,还能实现对煤层的冷却,从而起到预防煤层起火的效果。
1.3采面充填注浆在煤矿采空区的分布与采空区的漏风量之间有着直接的联系。
在采面下口填充注浆,建设起一道防火墙,能有效减少采空区的漏风供氧,降低氧气的含量,减少氧气对煤层的氧化作用,达到预防煤层起火的效果。
煤矿采空区自然发火的综合防治探讨

煤矿采空区自然发火的综合防治探讨摘要:矿井火灾是直接危害矿井安全生产的主要灾害之一,而其中大部分火灾事故是自然发火引起的。
煤矿自燃火灾不仅释放大量有毒有害气体,还可能引发瓦斯、煤尘爆炸进而危及矿工生命安全,不仅对矿井效益造成重大损失,而且严重阻碍高产高效矿井的建设。
本文对煤矿采空区自然发火的综合防治进行分析,以供参考。
关键词:煤矿采空区;自然发火;防治探讨引言由于煤层具有自燃性,需要对煤层采取一定的防灭火技术措施。
考虑到防灭火的有效性,本文采用地面束管监测、黄泥灌浆和注氮等技术。
为了验证防灭火的效果,在3个工作面回采期间,监测上隅角和回风流中的瓦斯含量。
1采空区自然发火特征通常情况下,煤矿采空区自然发火的特征主要分为三个时期,具体如下:(1)潜伏期。
在低温条件下,空气中的氧气将会被煤吸附,并在煤表面产生初级氧化物,此时如果化学活性增加,将会导致煤的着火点降低,进而诱发自然发火。
实际上,潜伏期长短主要取决于外部环境条件和煤化程度;(2)煤的自热期。
该过程中,会不断加快煤的氧化速度,并将煤中不稳定的氧化物转化为CO2和CO气体,并导致煤温持续升高。
如果煤温大于自热临界值(60℃-80℃)时,将会导致煤温急速上升,加快煤体的氧化进程,出现干馏现象,同时该过程中还会产生可燃性气体,如H2、CO和芳香族的碳氢化合物,进而在巷道壁和支架上出现水珠现象;(3)自燃期。
当煤体温度继续升高,并且达到300℃-350℃的临界着火温度时,就会出现煤层自燃现象,并产生大量的二氧化碳和一氧化碳气体,同时还会出现明火和烟雾。
2煤矿发生火灾的主要原因就目前煤矿资源开采的实际状况来讲,依然潜存着较多的火灾隐患。
致使煤矿出现火灾的原因主要有两种,分为内因和外因,其外因重点是指相关技术工人在操控期间产生了违规的行为导致了火灾的发生,或是因为机器设施运转时产生不良问题而引发了火灾。
比如,一些技术工人在矿井中吸烟或是使用明火,一些机器设施在运行期间产生故障而擦出火花,都会容易引起矿井中瓦斯着火或是爆炸。
关于煤炭自燃及其防治的研究

关于煤炭自燃及其防治的研究【摘要】综采放顶煤技术推广以来,煤炭自燃发火现象日渐频繁,给生产造成了较大的影响。
本文对煤炭自燃的机理、影响因素及防治措施进行了分析,具有一定的参考意义。
【关键词】煤炭自燃;机理;防治煤炭自燃是自然界存在的一种客观现象,这种现象一直伴随着煤炭开采整个过程。
目前,矿井煤层自燃火灾仍然十分严重,尤其是50%以上国有重点煤矿存在自燃发火危险,特厚煤层尤为严重。
全国每年因煤炭自燃造成的直接和间接经济损失近百亿元。
进入20世纪90年代后由于特厚煤层综采放顶煤高产高效技术的推广,使得矿井煤层自燃火灾频繁出现。
煤层自燃成为制约煤矿科技进步的主要障碍之一。
因此,煤炭自燃火灾的防治必须先对其自燃的原因和过程进行深入地了解,然后根据煤炭自燃特性研究可行的防治对策。
1 煤炭自燃机理分析煤炭自燃发火是指有自燃倾向性的煤层在开采过程中与空气接触,发生氧化,产生热量使其温度升高,出现明火、烟雾、煤油味以及超过矿井自燃发火临界指标浓度的有毒有害气体的现象。
因此,煤的氧化放热是热量自发产生的根源之一,也是引起煤炭自燃发火的根本原因之一。
煤氧自发地复合放出热量,该热量在一定的蓄热条件下被积聚起来,当热量的积聚能够满足煤自燃过程发展的需要时,煤体温度不断上升,最终导致自燃。
实际条件下,煤氧复合放出热量与煤体表面活性结构的种类、数量、煤体的温度、氧气浓度等因素有关。
煤与氧作用放出热量引起煤温升高,煤温升高则煤的氧化活性增强,煤氧化反应速度加快,放热强度增大。
煤氧复合作用只要有氧存在就能进行,氧浓度大小只影响煤氧复合速率的大小。
煤炭自燃过程是煤氧化放热与环境散热这对矛盾运动发展的过程,当煤氧化放热速率大于散热速率时煤温上升,煤温上升又引起氧化放热速率增大,所以煤炭自燃是一个复杂的自加热过程。
2 煤层自燃发火因素分析2.1 回采工作面采空区自燃因素分析根据氧化情况的不同,我们可以将采场分为氧化带、冷却带和窒息带三个层次。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性,平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益,请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间:9:00-18:30)。
煤炭自然发火专题论文第一节煤炭自燃发火的条件及过程煤炭自燃是一种自然现象。
早在数百万年之前就已发生,例如大同和陕北的侏罗纪煤层中有早前(距今大约200万年)自燃形成的火烧区,现今新疆的每天仍有煤层在自燃。
我国是煤炭自然发火比较严重的国家,据2002年的统计,我国国有重点煤矿中有自然发火的矿井占51.3%,自然发火占矿井总火灾的90%以上。
自然发火危险矿井几乎在所有矿区都存在,以自燃破坏的煤炭资源,每年造成的经济损失达数亿元,仅1999年全国共有87个大中型矿井,因自然发火封闭火区315处,不但造成了严重的煤炭资源浪费,而且威胁着井下作业人员的人身安全。
自20世纪60年代以来,煤炭自然的相关理论研究、实验和综合防治技术取得了显著成就,注入均压、注浆、阻化剂、凝胶、注氮等防灭火技术已成功地得到了应用,自燃火灾发生率明显下降。
研究和掌握煤炭自然发火的条件、过程和规律,对防治自然发火有着重要的意义。
矿井火灾事故,特别是自然发火事故,对煤矿安全生产的危害在某种意义上说并不亚于瓦斯、煤尘爆炸事故。
煤炭自然发火与外因火灾相比,具有发生、发展缓慢并有规律的演变过程,可在它形成的初期发现。
一、煤炭自燃的条件实践证明,煤炭自燃必须具备以下四个条件:(1)煤有自然倾向性并呈破碎堆积状态存在;(2)适量通风供氧;(3)良好的蓄热环境;上述四个条件却以不可。
煤的自然倾向性取决于煤的物理化学性质,它表示煤与氧的相互作用的能力。
煤破碎以后,大大增加了单位体积内的外在表面积,与氧气的接触面积增大,氧化能力增强;堆积的破碎煤炭(一般认为堆积厚度大于0.4m)氧化产生的热量不容易散失,使煤炭的温度逐渐升高,自燃进程加快。
氧是煤自燃的重要因素,连续的供氧才能使氧化继续进行下去。
当空气中氧含量低于10%时具有窒息性;当空气中氧含量低于15%时,可以预防自然发火。
正是这个原因。
采空区内并不是每个地方都会形成自然发火的。
良好的蓄热环境才能使氧化生热不断积聚。
空气流动速度的大小是氧化热量能否积聚的重要条件。
在采空区内如果风流速度太大,热量则不能积聚,不一形成煤炭自燃。
如果风流速度过低,则会供氧不足,氧化非常缓慢,也不能形成自燃。
煤炭自然都是在风速比较适中的情况下发生的。
维持煤的氧化过程不断发展的时间也是形成煤炭自燃的重要条件,这个时间大于煤的自燃发火期。
大量事实说明,只要同时具备上述四个条件,煤炭自然发火即可发生。
但实际中很难找出某两次煤炭自然发火的发生条件是完全相同的。
这样,对没煤炭自然发火的条件就很难做出定量分析。
煤炭自燃经常发生的地点有:有大量遗煤而未及时封闭或封闭不严的采空区(特别是踩空区内的联络眼附近和停采线处);巷道两侧和遗留在采空区内受压的煤柱;巷道内堆积的浮煤或煤巷的冒顶、垮帮处。
二、煤炭自燃的过程从17世纪开始,人们就开始探索煤炭自燃机理,这是各世界各主要产煤国共同关注的问题。
不少学者对此作了不懈的努力和探索,并提出了许多假说。
主要有黄铁矿作用学说、细菌作用学说、酚基作用学说、煤氧复合作用学说等。
目前,煤氧复合作用学说已被较多的人们所接受,该学说认为:煤在常温下即已吸收了空气中的氧而发生氧化作用,开始时是在煤的表面生成不稳定的初级氧化物。
先是氢气氢气氧化生成烃基(OH),其次是碳氢氧化生成俊基(COOH),然后再生成一氧化碳CO。
在此过程中同时放出少量的热。
随着热量的积聚,煤与氧之间的相互作用也加速。
的那个氧原子浸入氧分子的深部后即生成较为复杂的碳氢化合物。
先前生成的不稳定化合物即行分解,产生水蒸气、一氧化碳CO、二氧化碳CO2等。
在这一过程中,随同生成大量的热(占氧化作用中全部热量的60% ~70%)。
热量的积聚使煤的自燃作用加速,当温度升高到煤的着火点时,便由自热作用进入自燃。
煤的破碎增加了单位体积内煤的外在表面积,从而直接提高了氧化程度;随着渗透速度的提高,积聚在煤内的氧气浓度也开始较快增加,氧化产生的热量也随着成正比增加,并且比空气带出的热量大,加速了自燃进程;同时煤体的温度也影响煤的自燃过程,其影响过程遵循不同的规律,它可能因为散失的热量大于产生的热量而停止升温。
按照煤氧复合作用学说,煤的自燃发展过程一般分为按个阶段,即潜伏阶段、自热阶段、自燃阶段。
1、潜伏期自煤层被开采、接触空气起至煤温开始升高为止的时间区间为潜伏期。
此阶段叫做潜伏阶段。
该阶段是煤自燃的准备阶段(煤的低温氧化过程)。
在潜伏期,煤与氧的作用是以物理吸附为主,放热很小,无宏观效应。
在潜伏期的长短取决于煤的分子结构、物化性质、煤的变质程度和外部条件。
另外,煤的破碎和堆积状态、散热和通风供氧条件等,对潜伏期的长短也有一定影响。
不同的煤层潜伏期是不同的,如褐煤几乎没有潜伏期,而烟煤则需要一个相当长的准备阶段。
经过潜伏期后的煤的燃点会降低,表面的颜色变暗。
潜伏期的特征是:煤的表面生成不稳定的氧化物(OH、COOH 等)氧化放出的热量很少,能及时放散,煤温和巷道空气气温不变,但煤的比重略有增加,煤被活化(化学性增加),煤的着火点降低。
2、自热期经过潜伏阶段后,煤的氧化速度加快,不稳定那个的氧化物先后分解成水、CO2、CO。
氧化产生的热量使煤温上升,当温度超过临界温度(一般为70℃)以上时,煤温急剧增加,氧化加剧,煤开始出现干馏,生成碳氢化合物,如H2、CO、CO2等气体,煤呈赤热状态,当达到着火点温度以上便燃烧。
这一阶段为煤的自热阶段,又称自热期。
自热过程是煤氧化反应自动加速、氧化生成热量逐渐积累、温度自动升高的过程。
其特点是:①氧化放热较大,煤温及其环境(风、水、煤壁)温度升高;②产生CO、CO2和碳氢类C m H n气体产物,并散发出煤油味和其他芳香气味;③有水蒸气生成,火源附近出现雾气,遇冷会在巷道壁上凝结成水珠,即出现所谓“挂汗”现象;④微观结构发生变化。
自热阶段的发展是有两种可能,一种是煤温持续上升到着火温度(T2),导致自燃(煤的着火温度因煤种不同而不同,见下表);另一种发展是由于外界条件的变化(改变了散热条件,使散热大于生热;限制供风,使氧浓度降低至不能满足氧化的需要),使煤体温度降下来,氧化过程逐渐终止,煤将不会发展到自燃阶段,而进入风化阶段。
风化后的煤物理化学性质发生变化,失去活性,不会再发生自燃。
图1-13、自燃期自热阶段后期,煤温达到其自燃点后,若得到充分的供氧,则发生燃烧,出现明火,这时会生成大量的高温烟雾,其中含有CO、CO2以及碳氢化合物;若煤温达到自燃点,但供氧不足,则只有烟雾而无明火,此称为干馏或阴燃。
煤炭干馏或阴燃与明火燃烧稍有不同,CO多于CO2,温度也较明火燃烧要低。
自燃阶段是煤从低温氧化发展成自燃的最后一个阶段,其主要特征是:空气中氧含量显著减少,CO2的数量倍增,同时由于燃烧不完全和CO2受热分解,而产生更多的CO,巷道中出现浓烈的火灾气味和烟雾,有时还出现明火,火源温度可达1000℃以上。
从煤的自然发展过程可见,煤自燃实质是其自身氧化速度加快的过程,其氧化速度之快,以致产生的热量来不及向外界放散,而导致了自燃。
煤的氧化过程可以人为地使之减速或加速,掺入碱类化学物质(如双氧水)可以加速氧化进程,而掺入氯化物(如工业氯化钙)可以抑制煤的氧化进程。
三、影响煤炭自燃的因素(一)煤的自然倾向性煤的自然倾向性是指每自燃的难以程度,它主要受下列因素影响:1、煤的变质程度煤的变质程度是影响煤炭自燃倾向性的决定性因素。
各种牌号的煤都有发生自燃的可能,变质的程度低的煤层(如褐煤、长焰煤和气煤等)自然发火较多,自燃危险性较大;变质程度高的煤层(如无烟煤)自然发火较为少见,自燃危险性较小。
但绝不能以煤化程度作为判定自然倾向性大小的唯一标志。
因为生产实践证明,煤化程度相同的煤,有的具有自然特性、有的却不自燃。
就整体而言,煤的自然倾向性随煤的变质程度增高而降低,即自然倾向性从褐煤、长焰煤、烟煤、焦煤至无烟煤逐渐减小;局部而言,煤层的自然倾向性与煤的变质程度之间表现出复杂的关系,即同一煤化程度的煤在不同的地区和不同的矿井,其自然倾向性可能有较大的差异。
2、煤岩成分煤岩成分对煤的自然倾向性表现出一定的影响,但不是决定性因素。
煤的岩石化学成分有丝煤、暗煤、亮煤和镜煤,它们有不同的氧化性。
具有纤维构造而表面吸附能力很高的丝煤在常温下吸氧能力极强,着火点低(仅为190℃~270℃),可以起到“引火物”的作用。
所以,含丝煤越多,自然倾向性就越强;相反,含暗煤越多,月不易自燃。
各种单一的煤岩成分具有不同的氧化活性,其氧化能力按镜煤>亮煤>暗煤>丝煤的顺序递减。
3、煤的含硫量煤中含有的硫和其他催化剂,则会加速煤的氧化过程。
同牌号的煤中,含硫矿物(如黄铁矿)越多,越易自燃。
这是由于煤中所含的黄铁矿在低温氧化时生成硫酸铁和硫酸亚铁,体积增大,使煤体膨胀而变的松散,增大了氧化表面积,同时黄铁矿氧化时放出来的热量也促进了煤炭自燃。
因此,黄铁矿的存在,将会对煤的自燃起加速作用,其含量越高,煤的自燃倾向性越大。
统计资料表明,含硫量大于3%的煤层均为自然发火的煤层,其中包括无烟煤。
4、煤中的水分煤中的水分是影响其氧化进程的重要因素。
煤的外在和内在水分以及空气中的水蒸气对褐煤和烟煤在低温氧化阶段起一定的影响,既有加速氧化的一面,也有阻滞氧化的因素。
在煤的自热阶段,由于水分的生成与蒸发必然要消耗大量的热,煤体中外在的水分没有全部蒸发之前温度很难上升到100℃,这就是水分大的煤炭难以自燃的原因。
但是,煤中的水分又能填充于煤体微小的空隙中,把氮气、二氧化碳、甲烷等气体排除,当干燥以后对煤的吸附能力起到活化作用。
所以,煤的水分足够大时,会抑制煤的自燃,但失去水分后,其自燃危险性将会增大。
另外,对于含有黄铁矿的煤层,水分是促使黄铁矿分解不可缺少的条件。
从这方面来看,水分又有利于煤炭自燃的发生.图1-2是某矿统计的煤层含水率于自然发火的关系。
图1-2由图1-2可以看出,在158此自然发火事故中,有117次发生在煤层含水率在1%~4%的煤层,占发火总数的74.05%;而发生在煤层含水率小于1%或大于4%的自然发火仅为25次,占发火总数的15.82%。
因此,在开采过程中经常保持煤层中的含水率大于4%,对减少煤的自燃、降低煤尘发生量和减轻冲击地压的发生频率及强度都是有益的。
5、煤的孔隙率和脆性煤的孔隙率和脆性对煤的自然倾向性影响也较大。
煤炭孔隙率越大,越易自燃。
这是因为空隙率大,氧气越易渗入煤的内部。
变质程度相同的煤,脆性越大,越易自燃。
因为煤的脆性大小与该种煤炭是否易于破碎和形成煤粉有关。
完整的煤体一般不会发生自燃,一旦呈破碎状态则使煤的吸氧表面积增大,着火点明显降低,使其自燃性显著提高。
6、煤层瓦斯含量瓦斯通常是以游离状态和吸附状态存在于煤的空隙、裂隙、裂缝中和微孔隙表面,这两种瓦斯是以压力状态存在的,在煤层卸压、温度上升等客观条件影响下,吸附的瓦斯会发生解吸现象,转变成游离瓦斯。