7煤的自燃倾向性及发火期
煤炭自燃解析
煤炭自燃解析煤炭自燃是我国乃至世界煤矿及储煤场的主要自然灾害之一，煤矿或储煤场一旦发生煤炭自燃，后果将不堪设想，损失往往也是难以估量的。
下面我们先看几个煤炭自燃的案例，让大家对煤炭自燃有一个直观的了解。
一、案例简介1.连云港黄陵块煤自燃1987年6月底至7月下旬，连云港港务局进港仅3个月的黄陵块煤连续3次发生自燃。
由于控制了企业用水，民用水供应紧缺，致使无法注水灭火。
7月25日，堆存量达3.1万吨黄陵块煤的64#、74#垛位上火头达一米多高，价值约150多万美元的外贸煤面临着化为灰烬的危险，价值上千万元输煤系统受到了严重的威胁。
为了灭火，公司召开了紧急联席会议，确定筑坝蓄水，拦截排洪沟水流，报告市政府请求特殊安排供水，用推土机推避火道，防止火势蔓延，请求消防队派车拉水协助灭火等措施。
可是，在熊熊燃烧的火焰前，救火措施显得软弱无力，大量的可燃气体在垛顶燃烧，浇水推铲也无济于事，最后被迫将内销煤装船一万余吨，腾出空场，转垛翻垛才扑灭了这起大火。
这次大火前后历时29天，虽保住了3万多砘煤炭和港口机械设备，但由于部分黄陵块煤出口转内销，国家少换外汇达60万美元，港口也承担了较大的入力、物力、财力损失。
2.内蒙古锡林郭勒盟百万吨“煤山”自燃变“火焰山”2009年3月17日16时53分，内蒙古锡盟消防指挥中心接到报警：称锡林浩特市火车站西侧储煤站起火，情况紧急，请求消防官兵速来救援。
锡盟消防指挥中心迅速指派锡林浩特市消防二中队迅速出动2辆水罐车，10名消防官兵赶往火灾现场。
17时02分，当消防官兵到达火场后，发现该站为露天式储煤站，整个“煤山”已变成了“火焰山”了，此时正处于猛烈燃烧阶段，火光耀眼，消防车辆无法靠近，4级的西北风伴随着烟雾弥漫吹向东侧的火车站。
消防中队指挥员询问在场知情人得知，上午10时左右，该“煤山”下角处自燃起来，也没当回事，没想到下午随着西北风变成名副其实的“火焰山”了。
经了解，该院内堆积“煤山”总面积约10万平方米、储存有上百万吨煤炭，而煤堆与煤堆之间相连，离“煤山”不远处的东侧是火车站，北侧是中石化锡林郭勒盟油库，如火势得不到及时控制，将会造成火烧连营，吞噬整个“煤山”，殃及火车站和油库，后果不堪设想。
煤自燃的原因及倾向性预测
煤自燃的原因及倾向性预测作者：贾淑洁来源：《科技传播》2013年第10期摘要一直以来，煤自燃都是煤炭开采中比较普遍现象。
因此，许多相关人士都致力于研究煤自然原因，结合这些原因实施倾向性预测，确保露天开采的安全性。
本文就是笔者依据多年经验，探析煤自然原因以及倾向性预测。
关键词倾向性预测；煤自燃；原因中图分类号TD82 文献标识码A 文章编号 1674-6708（2013）91-0086-020 引言2012年，山西某露天选煤厂发生煤自燃，给该企业造成严重的经济损失。
事实上对于煤矿企业中的原煤场时常发生自燃现象，不仅仅给煤矿企业造成洗选困难，还会带来不必要损失。
因此，探究煤自燃原因以及倾向性预测具有现实意义。
1煤自燃原因探析事实上造成煤自然因素比较多，关系到煤堆特性、煤质特性及气象环境等影响。
具体体现在如下几个方面。
1.1 煤化的程度在低温状态下煤会发生氧化，主要取决煤炭种类。
从分析发现煤质较高煤炭，长时间储存就会发生氧化而降低了煤质，一般是不会发生自燃现象；但是煤化程度较低煤炭，比如褐煤，伴随中煤化程度减小而增加了氧化作用，极易发生自燃。
事实上煤化的程度越高其含氧量就越低，低温环境下也就极难氧化。
所以只要煤化程度加深了，煤自燃就会逐渐减低。
1.2 煤炭中含有大量硫铁矿煤炭中所含硫铁矿就会从地下还原态逐渐成为地上氧化态，因为空气中存在氧与水分，就能够发生化学反应：1）FeS2+3O2→FeSO4+SO2+热量；2）FeS2+2H2O+7O2→FeSO4+ 2H2SO4+热量；3）FeS2+3O2→2Fe2O3+8S+热量；4）S+O2→SO2+热量在这些反应之中都会放出热量，产生出硫酸加快了黄铁矿进一步分解。
在加快黄铁矿氧化同时也会产生出大量热量，这些热量不断聚集在煤炭上，最终达到着火点而自然。
1.3煤岩与煤质组分煤自然的倾向性主要和分子结构具有密切关系，即是煤炭分子结构单元所含的活性基团数量与种类，以及分子空间结构。
煤自燃机理及自燃倾向性
抑制煤的自燃。
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2018/4/24
二、煤自燃机理及自燃倾向性
吸氧量与湿度关系
煤的吸氧量与湿度之间的关系
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二、煤自燃机理及自燃倾向性
３.1 影响煤的自燃倾向性的因素 3） 煤岩成份
按煤岩成份可将煤的类型分为：暗煤、亮煤、镜煤、丝煤
燃的煤中加入30％的黄铁矿即可变为具有自燃倾向性的煤。
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二、煤自燃机理及自燃倾向性
1 黄铁矿作用学说 黄铁矿作用学说认为煤的自燃是由煤层中的黄铁矿 （FeS2）与空气中的水份和氧相互作用、发生热反应而引 起的。
2FeS2 + 2H2O + 7O2—2FeSO4 + 2H2SO4+Q1
黄铁矿的另一个作用：促使煤体氧化的物理作用，即
黄铁矿氧化时体积增大，对煤体具有胀裂作用，能够使煤 体裂隙扩大和增多，与空气的接触面积增加，因而导致氧 气渗入，促使煤的氧化。
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二、煤自燃机理及自燃倾向性
1.2.1 细菌作用学说 英国学者帕特尔(Potter.M.C) 认为在细菌的作用下， 煤在发酵过程中放出一定热量对煤的自燃起了决定性的作 用。 波兰学者杜博依斯(Dubois．R)等人在考查泥煤的自 热与自燃时指出：当微生物极度增长时，一般都伴有一个 生化的放热过程。在30℃以下是亲氧的真菌和放线菌起主
３）自燃阶段：
煤温达到其自燃点后，若外界条件发生变化，温度将 降下来，则进入风化状态，若能得到充分的供氧风，则发 生燃烧，出现明火、烟雾、一氧化碳、二氧化碳以及各种 可燃气体。
煤炭自燃解析
煤炭自燃解析煤炭自燃是我国乃至世界煤矿及储煤场的主要自然灾害之一，煤矿或储煤场一旦发生煤炭自燃，后果将不堪设想，损失往往也是难以估量的。
下面我们先看几个煤炭自燃的案例，让大家对煤炭自燃有一个直观的了解。
一、案例简介1.连云港黄陵块煤自燃1987年6月底至7月下旬，连云港港务局进港仅3个月的黄陵块煤连续3次发生自燃。
由于控制了企业用水，民用水供应紧缺，致使无法注水灭火。
7月25日，堆存量达3.1万吨黄陵块煤的64#、74#垛位上火头达一米多高，价值约150多万美元的外贸煤面临着化为灰烬的危险，价值上千万元输煤系统受到了严重的威胁。
为了灭火，公司召开了紧急联席会议，确定筑坝蓄水，拦截排洪沟水流，报告市政府请求特殊安排供水，用推土机推避火道，防止火势蔓延，请求消防队派车拉水协助灭火等措施。
可是，在熊熊燃烧的火焰前，救火措施显得软弱无力，大量的可燃气体在垛顶燃烧，浇水推铲也无济于事，最后被迫将内销煤装船一万余吨，腾出空场，转垛翻垛才扑灭了这起大火。
这次大火前后历时29天，虽保住了3万多砘煤炭和港口机械设备，但由于部分黄陵块煤出口转内销，国家少换外汇达60万美元，港口也承担了较大的入力、物力、财力损失。
2.内蒙古锡林郭勒盟百万吨“煤山”自燃变“火焰山”2009年3月17日16时53分，内蒙古锡盟消防指挥中心接到报警：称锡林浩特市火车站西侧储煤站起火，情况紧急，请求消防官兵速来救援。
锡盟消防指挥中心迅速指派锡林浩特市消防二中队迅速出动2辆水罐车，10名消防官兵赶往火灾现场。
17时02分，当消防官兵到达火场后，发现该站为露天式储煤站，整个“煤山”已变成了“火焰山”了，此时正处于猛烈燃烧阶段，火光耀眼，消防车辆无法靠近，4级的西北风伴随着烟雾弥漫吹向东侧的火车站。
消防中队指挥员询问在场知情人得知，上午10时左右，该“煤山”下角处自燃起来，也没当回事，没想到下午随着西北风变成名副其实的“火焰山”了。
经了解，该院内堆积“煤山”总面积约10万平方米、储存有上百万吨煤炭，而煤堆与煤堆之间相连，离“煤山”不远处的东侧是火车站，北侧是中石化锡林郭勒盟油库，如火势得不到及时控制，将会造成火烧连营，吞噬整个“煤山”，殃及火车站和油库，后果不堪设想。
煤炭自燃的原因是什么,自燃必须具备哪些条件？
煤炭自燃的原因是什么，自燃必须具备哪些条件？
目前比较普遍的看法是：煤炭能在常温下吸附空气中的氧而氧化，产生一定的热量。
若氧化生成的热量较少并能及时散失，则煤温不会
升高；若氧化生成的热量大于向周围散失的热量，煤温将升高。
随着
煤温的继续升高，氧化急剧加快，从而产生更多的热量，煤温也急剧
上升，当煤温达到着火点（300～350℃）时，煤即自燃发火。
煤炭开始接触氧气到自燃，所经历的时间对不同的煤种是不一样的。
人们把煤炭接触氧气到自燃的时间叫做发火期。
我国煤层发火期
最短的为1.5～3个月，长者可达15个月以上。
煤炭自燃是一个复杂的过程，受着多种因素的影响，但煤炭自燃
必须具备以下条件：
（1）煤有自燃倾向性，且以破碎状态存在；
（2）有连续的供氧条件；
（3）有积聚氧化热的环境；
（4）上述三个条件持续足够的时间。
实践证明，具备同样自燃倾向性的煤层，在不同的生产技术条件下，有的煤能自燃,有的则不能；在同样的外部条件下，自燃倾向性也
不一样。
这是因为煤炭自燃过程受着许多因素影响的缘故。
其影响的
主要因素是：
（1）煤的化学成分；
（2）煤的物理性质；（3）煤层的地质条件；（4）开拓开采条件；（5）矿井通风条件。
《矿井火灾防治》复习题
矿井火灾防治课程复习题山西电大工学院编目录一、名词解释 (1)二、填空题 (1)三、简答题 (5)四、论述题 (6)一、名词解释1.矿井火灾：发生在矿井井下或地面井口附近、威胁矿井安全生产、形成灾害的一切非控制燃烧。
其包括内因火灾（自燃火灾）和外因火灾（外部热源引燃可燃物）两类。
2.自燃发火期：煤炭自然发火危险性的时间量度，即煤体从暴露在空气环境之时起到自燃（温度达到该煤的着火点温度）所需的时间。
3.火风压：在矿井中，火灾产生的热动力是一种浮升力，这种浮力效应叫做火风压。
4.均压防灭火：采用风窗、风机、连通管、调压气室等调压手段，改变通风系统内的压力分布，降低漏风通道两端的压差，减少漏风，从而达到抑制和熄灭火区的目的。
5.采空区自燃“三带”：不自燃带(散热带)、自燃带（氧化带）和窒息带（不易氧化带）。
6.燃烧：发生在矿井井下或地面井口附近、威胁矿井安全生产、形成灾害的一切非控制燃烧。
其包括内因火灾（自燃火灾）和外因火灾（外部热源引燃可燃物）两类。
7.煤的自燃倾向性：煤自燃的难易程度，是煤低温氧化性的体现，是煤的内在属性之一。
8.矿井外因火灾：由外部火源引起，发生在井下及井口附近，但危害到井下安全的火灾。
9.富燃料燃烧：指供氧不足的燃烧。
10.气体分析法：利用煤自燃过程中产生的气体与煤体温度之间存在的关系对火源位置进行探测。
11.开区均压：通常是在生产工作面建立的均压系统，其特点是在保证工作面所需通风风量的条件下，通过实施通风调节，尽量减少向采空区漏风，抑制煤的自燃，防止CO等有毒有害气体涌入工作面，从而保证正常生产。
12.内因火灾：由于煤炭本身发生的物理化学变化而引起的煤炭燃烧的火灾。
13.风流逆转：指烟流沿着原风流相反方向流动，一般表现为沿巷道全断面逆转。
二、填空题1．我国煤矿《煤矿安全规程》规定井下CO浓度最大允许值B。
A．50ppm B．24 ppm C．80 ppm D．100 ppm2．井下煤炭自燃的发展过程可分为三个阶段，它们是 B 。
煤层自然发火周期
煤层自然发周期一、什么是煤层自然发火周期从煤层被开采破碎、接触空气之日起，至出现自燃现象或温度上升到自燃点为止，所经历的时间叫煤层的自然发火期，以月或天为单位。
通常是采用统计法推理出，比如统计矿井历次自然发火的周期，新建矿井参考邻近矿井的数值。
二、煤在什么条件下会发生自燃一般来说,只有同时具备了下列四个条件煤自燃才会发生.（1）煤具有自燃倾向性且呈破碎状态堆积煤的自燃倾向性就是煤发生自燃的能力.不同的煤自燃倾向性不同,比如褐煤自燃倾向性通常比烟煤、无烟煤大,因此比较容易发生自燃.我国《煤矿安全规程》规定,煤的自燃倾向性分为容易自燃、自燃和不易自燃三类.新建矿井的所有煤层的自燃倾向性必须送国家授权单位作出鉴定.此外,完整的煤层和大块堆积的煤很难发生自燃现象.只有自燃能力强的煤破碎后且堆积到一定厚度时,煤才可能发生自燃.（2）有连续的通风供氧条件氧气的存在是煤发生自燃的必要条件,只有含氧量较高的风流持续稳定的情况下,煤自燃过程才能够持续并最终可能造成自燃.煤矿经常采用的注浆防灭火措施主要作用之一就是隔绝氧气.（3）热量易于积聚煤在氧化过程中如果环境不利于热量积聚,煤体就不会产生明显的升温而发生自燃.而煤氧化产生的热量能否积聚主要取决于风流速度.风速过小,供氧量不足,煤不易氧化自燃；风速过大,热量不易积聚,煤氧化升温过程难以持续稳定地发展,同样不能发生自燃；一般认为风速为0.1～0.24米/分钟时,煤最容易发生自燃. （4）持续一定的时间煤自燃是煤氧化过程持续一定时间之后的结果.低温阶段煤氧化过程进展缓慢,放出的热量也相对较少,且其中绝大部分热量散失掉了,只有很少一部份热量促使煤体温度缓慢地升高.从火源处的煤层被开采破碎、接触空气之日起,至出现自燃所经历的时间叫煤层的自然发火期,以月或天为单位.影响煤自然发火期的因素有很多,比如煤的内部结构和物理化学性质、被开采破坏后的堆积状态参数（分散度）、裂隙或空隙度、通风供氧、蓄热和散热等,因而实现其准确测定难度较大,现场记录该值一般为十几天、几个月甚至长达十几个月.煤发生自燃上述四个条件缺一不可,前三个条件是煤自燃的必要条件,最后一个条件是充分条件.在煤矿井下哪些地点可能同时满足上述条件?煤自燃发生地点的规律和特点为预测预报工作提供了较好的依据,现场人员可以对相关地点进行针对性的监控,防患于未然.综合煤自然发火的条件和现场经验,煤矿井下的易自燃地点一般有：采空区,停采线和开切眼,进、回风巷道,构造带以及通风设施附近.此外,溜煤眼以及瓦斯抽放孔等处也是极易发生煤自燃的地方,应该将这些区域作为煤自燃预测预报的重点区域,进行实时监控并及时采取相应的防治措施,避免煤自燃灾害的发生.。
煤矿安全
一．判断题：1.甲烷是一种有毒、无色的气体。
（×）2.瓦斯主要是以吸附状态存在于煤体中的。
（×）3.采空区密闭质量会影响到井下瓦斯涌出量的大小。
（√）4.开采的机械化程度越高，对煤体的破碎程度越大，矿井的相对瓦斯涌出量越大。
（×）5.有煤与瓦斯突出危险的采掘工作面，必须安设甲烷断电仪。
（√）6.矿井在采掘过程中曾经发生3次煤（岩）与瓦斯突出，该矿井才能定为突出矿井。
（×）7.开采有煤尘爆炸危险煤层的矿井，必须及时清除巷道中的浮煤，清扫或冲洗沉积煤尘，应定期对巷道刷浆。
（√）8.瓦斯抽放管路上必须安设防爆防回风装置。
（√）9．如果利用瓦斯，瓦斯的抽放浓度不得低于25％。
（×）10.矿井采空区不易发生火灾。
（×）11.煤与瓦斯突出分为挤出、压出和倾出三种类型。
（×）12.矿井绝对瓦斯涌出量是指矿井在正常生产条件下，开采1吨煤所涌出的瓦斯量。
（×）13.井下工作人员必须熟悉灭火器材的使用方法和存放地点。
（√）14.如果消防用水同生产、生活用同一池水，应有确保生活用水的措施。
（×）15.提高回采率，减少丢煤，有利于采空区的煤炭自燃发火。
（√）16.矿井可以不设地面消防水池和井下消防管路系统。
（×）17.发生煤炭自燃火灾后会产生大量的CO和CO2气体。
（√）18.煤炭自燃发火都有一定的潜伏期。
（√）19.任何人发现井下火灾时，应视火灾性质、灾区通风和瓦斯情况，立即采取一切可能的方法直接灭火，控制火势，并迅速报告调度室。
（√）20.地下水活跃的矿区，通常煤层的瓦斯含量小。
（√）21.瓦斯的爆炸界限是固定不变的。
（×）22.引燃瓦斯爆炸的温度是固定不变的。
（×）23.启封已熄灭的火区前，必须制定安全措施。
（√）24.启封火区时，应逐段恢复通风，同时测定回风流中有无CO.（√）25.生产性粉尘中游离SiO2含量指的是生产性粉尘中含有结晶型游离SiO2的质量百分比。
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4、确定煤自燃发火期的方法 确定自然发火期的方法
统计比较法 类比法 实验室测定法 综合法
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4、确定煤自燃发火期的方法
统计比较法：通过对煤层的自燃情况作认真的统计和记录， 将同一煤层发生的各项自燃火灾逐一比较，以其发火时间最 短者作为该煤层的自然发火期，一般以月为单位。
类比法：根据地质勘探时采集的煤样所做的自燃倾向性鉴定 资料，并参考煤层、地质条件、赋存条件和开采方法与之相 似的采区或矿井，进行类比估算。
煤的自燃倾向性及发火期
1、煤的自燃倾向性
煤的自燃倾向性:煤自燃难易程度，是煤低温氧化性的体现，是煤的内在 属性之一 ；
《煤矿安全规程》规定：新建矿井的所有煤层和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；
科学地鉴定煤自燃倾向性对于矿井防灭火和煤炭储运过程是至关重要的。
1
2、煤自燃倾向性的测试方法
着火点温度降低值法 双氧水法 色谱吸氧鉴定法 氧化动力学测定方法
6
2、煤自燃倾向性的测试方法——色谱吸氧法
以1g干煤在常温（30℃）、常压下的物理吸附氧量作为分类的主要指
标，并综合考虑干燥无灰基挥发分及含硫量来对煤的自燃倾向性进行
分类。
煤样干燥无灰基挥发分Vdaf＞18%时自燃倾向性分类
自燃倾向性分类
容易自燃 自燃
不易自燃
判定指数I
I＜600 600≤ I≤1200
I＞1200
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3、煤自燃发火期
煤的自然发火期是煤炭自然发火危险性的时间量度，即煤体 从暴露在空气环境之时起到自燃（温度达到该煤的着火点温 度）所需的时间。
煤的最短自然发火期是指煤矿矿井某一煤层自然发火观察和 记录的数据中最短的一个时间值。
自燃倾向性等级
自燃倾向性
煤的吸氧量Vd/cm3∙g-1干煤
Ⅰ
容易自燃
Vd＞0.70
Ⅱ
自燃
0.40＜Vd≤0.70
Ⅲ
不易自燃
Vd≤0.40
煤样干燥无灰基挥发分Vdaf≤18%时自燃倾向性分类
自燃倾向性等级 Ⅰ Ⅱ Ⅲ
自燃倾向性 容易自燃 自燃 不易自燃
煤的吸氧量Vd/cm3∙g-1干煤 Vd≥1.00 Vd＜1.00
全硫 ≥2.00 ＜2.00
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2、煤自燃倾向性的测试方法——氧化动力学方法
通过测试煤低温反应阶段的70℃耗氧量和快速反应阶段的交叉点温度， 计算煤自燃倾向性判定指标来综合判别煤自燃倾向性的一种方法。
低温缓慢自热阶段
C02 （70℃）
加速氧化阶段
Tcpt
煤自燃倾向性判定指标Ⅰ
煤的自燃倾向性分类标准
世界主要产煤国家的煤自燃倾向性鉴定方法
绝热氧化法 （美国、澳大利亚、中国、新西兰） 交叉点温度法（印度、土耳其） 高温活化能法（波兰） 色谱吸氧法（中国） 氧化动力学测定方法（中国）
2
2、煤自燃倾向性的测试方法——绝热氧化法
绝热氧化法是通过绝热装置和绝热措施使煤样仅仅因为自身产生并积聚的热量而 温度上升的一种实验方法。该方法能直观反映煤的自燃过程特性。
11
4、确定煤自燃发火期的方法
实验室测试方法：通过大型实验炉或小型实验装置在实验室 直接煤的自然发火时间的一种方法，如绝热氧化法等。该方 法只能代表在实验室试验条件下的煤自然发火期。
综合法：先在实验室通过实验获取反映煤自燃内在特性参数 然后在此基础上考虑煤层地质、开采和通风等影响条件，逐 一对这些条件进行分类评分，最终获得一个评价煤层自然发 火危险程度的综合指标。
k >120
煤的自燃倾向性分类标准
E/kJ∙mol-1 自燃倾向性分类
E>67
I
46< E <67
Ⅱ
E<46
Ⅲ
E>42
E≤42
Ⅳ
E>34
E≤34
V
非标准
自燃倾向性描述 煤的自燃倾向性很小
煤的自燃倾向性小 自燃倾向性中等
自燃倾向性大
自燃倾向性非常大
5
2、煤自燃倾向性的测试方法——中国 我国对煤炭自燃倾向性的研究过程
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数据采集器 PC机
石棉
交叉点温度实验系统
煤样中心温度
控温箱温度
温度探头
交叉点
进气管
交叉点温度示意图
4
2、煤自燃倾向性的测试方法——高温活化能法
分别在237℃及190℃两种温度下进行煤的氧化速度试验，并根据计算所得的温升 速率和活化能的大小对煤的自燃倾向性进行分类。
K/℃∙min-1 k≤80
80<k≤100 100<k≤120
分类指标： R70 < 0.5 ℃/h 不易自燃煤； 0.5 ℃/h < R70 < 0.8 ℃/h 自燃煤； R70 > 0.8 ℃/h 容叉点温度法
将测试煤样放置在反应炉中，反应炉程序升温，煤样中心的温度与反应炉的温度 的交点为交叉点温度。
分流类量传感指器 标（印度Banej风r扇ee ）：
出气管
罐盖
气阻
加热器
气
+ -
控
交压叉力表点温度体预在120℃～140℃之间制器的煤自燃
稳流阀
热
及
铜
铜
显
倾向性稳压阀最高； 管 减压阀
煤 ＋T OP2t100
示 键 盘
质
煤
罐
体
样
交叉点隔热温层 度在160℃以上则自燃倾向性很
低。
氧气瓶
程序控温箱