煤的氧化与自燃机理
煤场煤堆自燃原因及治理措施
煤场煤堆自燃原因及治理措施煤在无需外火源加热，而受其自身氧化作用所产生的积蓄热引起的着火就称为煤的自燃。
煤是在常温下会发生缓慢氧化的物料，它受空气中氧的作用而被氧化产生的热量聚集在煤堆内部，而温度的升高又会加速煤的氧化，当温度升高到60℃后，煤堆温度会加速上升，若不及时采取措施，就会发生煤堆自燃。
影响煤堆自燃的因素很多，主要包括煤的性质、组堆工艺过程、气候条件等。
（1）煤的性质煤的变质程度对煤的氧化和自燃具有决定意义。
一般变质程度低的煤，其氧化自燃倾向大。
在电煤日常煤质检测项目中，一般含硫量和挥发分高的煤比较容易自燃。
煤中水分对其氧化速度也有相当大的影响，煤堆中水分蒸发生成大量汽化热，热量在煤堆较高部位出现聚积，这样就更加剧了煤的氧化和自燃。
（2）组堆的工艺过程在组堆时，煤块与煤末有偏析现象，在煤堆底部内形成大量空洞，空气可自由透入。
当煤开始氧化放热时，这些空洞给热量聚积创造了有利条件，从而也促进了煤堆温度的迅速提高，因此自燃也大多发生在这个部位。
（3）气候条件大气温度、大气压力波动、风力风向、雨雪量等因素，都会影响自燃的发生。
秋冬过渡时期是煤堆自燃高发时期，尤其是气温骤降（特别是下降10℃及以上），由于气压和风力的作用，使煤堆内外空气对流加速，容易发生自燃。
煤场的自燃重在预防，一旦发生自燃，根据不同阶段和不同程度，处理方式有所不同。
（1）当发热冒烟、自燃发生在煤堆浅层，或煤堆不大，那么可以用推土机或铲车将发热自燃的煤与主煤堆分离或推散开来，充分浇水降温、灭火。
（2）当发热冒烟、自燃发生在大煤堆深处，又无法倒堆，那么首选用推土机反复压实，窒息灭火。
而此时，浇水是不可取的，由于很难对自燃点及附近区域进行全面有效地降温，加湿煤堆反而会加速和扩大自燃。
当然，推土机无法操作的地方，或有明火产生时还是需要先浇水灭火。
（3）清场是处理自燃最有效最彻底的方法。
根据不同的煤质和季节，合理安排各块煤场清场。
取清场煤时，一旦打开发热煤堆，由于大量空气进入，很有可能会冒烟甚至发生明火，在上煤仓前必须首先灭火。
煤自燃 自由基
煤自燃是指在一定条件下，煤炭在没有外部火源的情况下自发燃烧。
这个过程涉及到复杂的化学和物理变化，其中自由基起着关键作用。
自由基是一种具有不稳定电子的分子或原子，它们在化学反应中能够引发链式反应。
在煤自燃的过程中，外部因素如氧气和水分会导致煤中的有机物质分解，产生自由基。
这些自由基可以与其他分子反应，形成新的自由基和化合物，这一过程称为链式反应。
链式反应会导致煤的氧化过程加速，放出大量热量。
如果这个过程不受控制，就会导致煤自燃。
因此，自由基在煤自燃过程中起着催化剂的作用，加速了煤的氧化反应。
为了防止煤自燃，可以采取一些措施：
1. 降低煤中的水分：水分可以促进煤的氧化，因此降低煤的水分可以减缓自燃过程。
2. 去除煤中的杂质：煤中的杂质可以促进自由基的生成，因此去除杂质可以降低自燃风险。
3. 使用阻燃剂：阻燃剂可以中和自由基，阻止链式反应的进行，从而防止煤自燃。
4. 控制氧气供应：减少煤与氧气的接触，可以减缓煤的氧化过程，降低自燃风险。
煤自燃是一个复杂的过程，涉及到多种因素的相互作用。
了解自由基在煤自燃过程中的作用，有助于我们更好地预防和控制煤自燃。
煤炭自燃条件
燃烧
风化 时间
第二节 煤炭自燃的理论基础
6 煤的自燃过程----特征 1)、潜伏（自燃准备）期 物理吸附，放热少，无宏观表现
2)、自热阶段
(1)氧化放热较大, 煤温、环境( 风、 水、 煤壁) 温度升高； (2)产生CO、 CO2 和碳氢类气体, 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, 遇冷会在巷道壁面上凝结成 水珠,出现所谓“ 挂汗“ 现象; (4) 微观结构发生变化。 3)燃烧 生成大量的高温烟雾, 其中含有CO、CO2 以及碳氢类化合物。 4)熄灭 若煤温达到自燃点, 但供风不足, 则只有烟雾而无明火, 此即
阶段起一定的影响, 既有加速氧化, 也有阻滞氧化因素。 煤中硫和其它矿物质－－煤中含有的硫和其他催化剂, 则会加速煤的
氧化过程。
第二讲 煤炭自燃的理论基础
5 影响煤炭自然发火的因素 二、开采技术 矿井开拓方式----两翼对角比中央并列式有利于防火 采区巷道布置----留煤柱大小，沿空掘巷(留巷)。 回采方法、回采工艺----放顶煤、综采、炮采等，回采率和工作面 推进速度。 工作面通风方式----“U”型比“Y”型
为干馏或阴燃
第二讲 煤炭自燃的理论基础
本讲主要内容
1、自然发火，煤层自然发火期，2、煤炭自燃的充要条件。 3、煤炭自燃的影响因素。4、煤的自燃过程及特点。
思考题
1、什么是自然发火，什么是煤层自然发火期？ 2、试述煤炭自燃的充要条件。 3、试述煤炭自燃的影响因素。 4、简述煤的自燃过程及特点。
3）温度不变条件下，吸氧速度常数随时间按指数规律衰减:
U U1 H
4）吸氧速度常数Ｕ与煤自身温度之间符合幂函数关系:
煤炭自燃的自由基反应机理
煤炭自燃的自由基反应机理煤炭自燃是指煤在无外界氧气的情况下，经过一段时间的自发氧化过程，产生热量并导致煤温升高的现象。
当煤温升高到一定值时，就会引起自燃。
因此，煤炭自燃的机理是煤的氧化过程。
然而，传统的氧化反应机理并不能完全解释煤炭自燃的现象。
近年来，自由基反应机理被提出，并逐渐得到了广泛认可。
自由基反应机理是指煤在氧化过程中，产生自由基，这些自由基在高温下与氧气反应生成过氧化物，而过氧化物分解产生氧气和自由基，从而加速了煤的氧化过程。
这个机理的一个重要特点是，自由基的产生和消失是动态平衡的，当自由基的数量增加时，煤的氧化过程就会加速。
相关研究表明，煤炭自燃过程中自由基的产生和消失与煤的变质程度、含水量、粒度和环境温度等因素有关。
其中，煤的变质程度越高，含水量越低，粒度越小，环境温度越高，则自由基的数量就越多，煤的氧化过程就会越快。
阴燃和自燃的区别也十分重要。
阴燃是指在无外界氧气的情况下，煤发生缓慢的氧化过程，不会产生明火，而自燃则是煤的氧化过程加速，产生大量热量并导致煤温升高，最终引起自燃。
根据自由基反应机理，我们可以采取以下措施来防范煤炭自燃：加强煤场管理，避免堆积过多的煤。
控制煤的粒度和含水量，以减少自由基的产生。
在煤堆中加入阻燃剂可以抑制煤的氧化过程，降低自燃的风险。
定期检查煤堆的温度，以及时发现煤炭自燃并采取相应的措施。
煤炭自燃的自由基反应机理为我们提供了防范煤炭自燃的新思路。
通过加强煤场管理、控制煤的粒度和含水量、加入阻燃剂以及定期检查煤堆温度等措施，可以有效地降低煤炭自燃的风险。
在未来，我们还需要进一步研究自由基反应机理在其他领域的应用，以便更好地防范和控制煤炭自燃现象。
煤炭自燃事故是一种常见的安全隐患，不仅会对矿工的生命安全造成威胁，还会对环境造成严重的影响。
因此，研究煤炭自燃的自由基反应机理具有重要意义。
本文通过实验研究的方法，深入探讨了煤炭自燃过程中的自由基反应机理，为预防和控制煤炭自燃提供理论支持。
自燃的机理及其预防措施
关于煤炭自燃的机理及其预防措施目录一、煤炭自燃的机理 (1)1、概述 (1)2、煤炭自燃的不同阶段 (2)（1）水吸附阶段。
(2)（2）化学吸附阶段。
(3)（3）煤氧复合物生成阶段。
(3)（4）燃烧初始阶段。
(3)二、煤炭的自热影响因素 (4)1、煤质煤质本身对煤自热敏感性有显著的影响。
(4)（1）煤的品级。
(4)（2）煤的水分含量。
(4)三、煤炭自燃的综合防治措施.................................................. 错误！未定义书签。
1、煤层自燃的预测预报..................................................... 错误！未定义书签。
2、预防措施......................................................................... 错误！未定义书签。
一、煤炭自燃的机理1、概述关于煤炭的自燃机理，长期以来科技界一般认识为，由于煤炭中存在黄铁矿是其自燃的主要原因。
由于黄铁矿氧化成为三氧化二铁及三氧化硫时能放出热量，在有水分参加的情况下，形成硫酸，它是很强的氧化剂，并因此加速煤炭的氧化，促进煤炭的自燃。
需要指出的是，有些含有相当数量黄铁矿的煤炭，虽然经过长斯放置，却并不一定发生自热燃，而不含或少含黄铁矿的煤也有自燃现象。
因此，煤的自燃并非完全因含有黄铁矿而引起。
其主要原因是由于吸收了空气中的氧气，使煤的组成物质氧化产生热量，再被水湿润，放出更多的湿润热，加速煤炭的自燃。
此外，煤的自燃还与煤本身的性质有关。
如煤的品级；煤的显微组分、水分、矿物质、节理和裂隙；煤层埋藏深度和煤层厚度；开采方法和通风方式等。
煤的自燃过程从本质上来说，就是煤炭的氧化过程。
2、煤炭自燃的不同阶段（1）水吸附阶段。
与其他阶段不同，这个阶段只是个物理过程，煤与氧不会发生反应，煤吸附水虽不是煤自燃的根本原因，但他对煤自热，特别是低品级的煤自热具有重要影响。
什么叫做煤的自燃
1、什么叫做煤的自燃？答：煤在空气中氧化时放出的热量无法向四周扩散而聚焦在煤堆内，煤堆内温度不断升高，达到着火点发生煤自行燃料的现象叫炮的自燃。
2、什么是煤的高位发热量和低位发热量答：一千克煤完全燃烧时所放出的热量，当燃烧产物中的水保持液态时的发热量称为高位发热量，当燃烧产物中的水保持蒸汽状态时的发热量称为低位发热量。
3、滚轴筛堵煤的原因及处理原因：1、煤过粘或杂物多2、落煤管堵煤3、煤量过大。
处理：1、停机清理，减少上煤湿度2、停机消堵3、减小煤量4、环锤式碎煤机振动的原因及处理措施原因：1、环锤及环锤轴损坏，失去平衡。
2、大铁块进入碎煤机。
3、轴承在轴承座内间隙过大或损坏。
4、联轴器与主轴、电机轴的安装不紧密，轴中心不正。
5、给料不均匀，且煤块过多造成过负荷。
处理：汇报班长，密切监视碎煤机，若煤块过多，负荷过大，则应减负荷运行，若因环锤损坏、轴中心不正等机械原因，应立即停止煤源，待皮带上的煤跑光之后停止碎煤机运行，通知检修处理，若情况紧急应立即停止运行。
5、输煤皮带跑偏的原因及处理原因：1、钢架结构变形或皮带接口不正。
2、滚筒、托辊大量粘煤，托辊脱落或不转。
3、落煤点不正，物料偏载，导煤槽偏移。
4、各滚筒轴线与托辊轴线不平行，拉紧滚筒倾斜。
5、调偏托辊不起作用或调反。
处理：1、通知检修人员调整钢架结构，因接头不正，联系检修人员重新胶接皮带。
2、停机清理滚筒、托辊粘煤，重新安装脱落或不转托辊。
3、清除落煤管粘煤，调整落煤点，检查拉紧装置，通知检修人员调整导煤槽。
4、通知检修人员调整滚筒及托辊曲线平行。
5、通知检修人员处理调偏托辊。
6、带式输送机在运行中发生下列情况之一者应紧急停机1、电动机及引线和就地动力箱内电气设备冒火着火，电动机发出异音，同时明显下降时。
2、电动机、减速机、滚筒及主机轴承发生机械损坏，伴随不正常响声和剧烈振动及窜轴时3、皮带撕裂、划破和严重损坏时4、皮带打滑及跑偏不能正理处理时5、电动机、轴承温度过高时6、落煤管堵煤而不能消除时7、发生火灾及人身事故时8、工具、物料、托辊卷入滚筒或皮带，有异常跳动时9、发现皮带上有较大铁块、雷管工具等其它有损皮带的危险物时10、各种保护装置失灵，危急设备及人身安全时11、夜间照明突然熄灭，看不清人和设备时。
造成煤炭自热_自燃的原因探讨_周长春
造成煤炭自热、自燃的原因探讨周长春(北京铁路局机务处) 摘 要 重点分析了煤炭发生自热、自燃所产生的危害,剖析了煤炭发生自热、自燃的内部因素和外部因素。
对造成煤炭自热、自燃的原因及机理进行了探讨并提出预防自热的方法。
关键词 煤炭 自热 自燃1 煤炭的自热煤与空气接触形成氧化引起煤的自热。
在低于80K的温度下,开始生成稳定的煤氧复合物。
煤生成煤氧复合物到自燃着火过程关键取决于热能和空气。
在高于80K的温度下煤氧复合物分解并放出大量热能。
热能打破平衡又促使温度生高造成再一次的循环,最后形成自燃着火。
在低于80K的温度下,煤炭的氧化热小于润湿热。
既比原内在水分低的煤如果放在高潮湿环境中会吸收水分。
这种润湿过程产生热。
干燥的煤和水反应放出的热大于氧化反应放出的热。
润湿热是造成低变质煤产生自热的重要原因,产生的热能加速煤氧复合物的生成。
可以产生热能的另一途径是黄铁矿FeS2氧化。
如果上述的各种热能很快被流动的空气带走散失,煤炭温度始终保持在50～100K以下(取决于煤炭种类)煤就能保持稳定不会自燃。
2 煤炭自热的危害煤自热后:(1)导致自燃;(2)产生对人身体有害的气体,破坏生态环境污染空气;(3)煤的热值明显降低,造成能源浪费。
煤的自热是自燃的第一阶段,自燃不经常发生,但自热是经常的。
煤即使不发生自燃,但煤氧复合物分解时产生的CO和CO2气体会给环境带来危害,破坏生态环境,造成污染,尤其是自热煤周边的人员危害最大。
对煤的长期贮存特性研究表明,变质程度高的煤,由于自热趋势小,因此,热值几乎不损失;次烟煤和褐煤,由于自热趋势大,其热值损失就比高变质煤大。
煤在氧化过程中吸收氧和损失氢时,其热值下降。
由于氧化反应分布不均,因此,煤的热值降低情况很难准确预测,经济损失难以用数字表示,造成的危害及损失较大,如人们所说的“过火煤”不好烧,没劲,烧不起汽来,就是自燃煤造成的。
2.1 与自热有关的几个因素(1)温度;(2)煤变质程度;(3)粒度或表面积;(4)水分;(5)黄铁矿含量。
煤炭自燃机理
煤炭自燃机理
煤炭自燃，是指煤炭在一定条件下，由于内部热量的自发升高而发生的自然反应，导致煤炭自行燃烧的现象。
煤炭自燃的机理主要有三种：
1、热自燃：煤炭中含有一定量的有机物，在一定温度下可以
自行燃烧，当煤炭内部温度升高到一定程度时，可以自行燃烧。
2、氧化自燃：煤炭中含有大量的碳元素，当煤炭在空气中受
到氧化作用时，碳元素会发生氧化反应，产生大量的热量，从而使煤炭自行燃烧。
3、化学自燃：当煤炭中的有机物受到酸性或碱性物质的作用，会发生化学反应，产生大量的热量，从而使煤炭自行燃烧。
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煤的氧化与自燃机理
无论是褐煤或无烟煤，它们的结构单元都是由多芳香环组成，不同的是褐煤的结构单元中芳香环的缩聚程度小，同时芳香环上有较多的侧链；无烟煤的结构单元中的芳香环多一些，侧链少一些，碳的百分含量高。
氢是煤中第二重要元素，它是煤的结构单元多芳香环及其侧链上的组成元素。
侧链上的烃基、羟基、醛基等都有氢的参与。
煤结构单元侧链上以及一些官能团中常含有氧，低变质程度的煤，氧含量高。
煤中还含有少量的氮、硫等元素。
煤的自燃与煤质和煤岩组成有很大关系，各种煤中以年青的褐煤最易自燃；在一般情况下，各显微组分的氧化活性的顺序为：镜质组>壳质组>惰质组。
对煤自燃的影响因素很多，首先是煤本身的内在特性，如煤化程度、水分、空隙率、比表面积、矿物质含量与组成、硬度、导热性等；其次是外部条件，如气候（温度与湿度）、风速、煤的堆积密度等。
在此，从煤及煤中矿物的表面反应出发，探讨煤的自燃机理。
一、煤的氧化与风化
煤的燃烧需要氧气和一定的热量。
关于煤炭自燃原因是世界各主要产煤国共同关心的问题，科研工作者进行了大量的研究和探索，提出了不少假说，主要有黄铁矿作用学说、细菌作用学说、酚基作用学说以及煤氧复合作用学说。
随着科技的进步，发现虽然在高变质程度富含黄铁矿的煤会发生自燃，但完全不含黄铁矿的煤也会自燃；煤即使在真空中让细菌充分死亡的条件下，其自燃倾向也未降低，这说明黄铁矿作用学说和细菌作用学说都是不全面的。
酚基作用学说认为，煤中不饱和的化合物与空气中氧作用，是引起煤炭自燃的主要原因。
有人认为酚基作用学说实际上是煤氧复合学说，或者是煤氧复合学说的补充。
所以，目前大多数学者赞同煤氧复合学说。
采山的煤或井下煤暴露于空气中，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。
空气对煤氧化的最初阶段的特征是氧在煤表面上物理吸附和化学吸附。
一般认为，煤炭低温吸氧过程有以下三种途径：
（1）空气中的氧在范德华力的作用下吸附在煤的表面，在物理吸附时能放出与气体凝聚热相当的热量（即物理吸附热）。
物理吸附是可逆的。
（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，发生电子转移或公有、原子重排，以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于化学反应执，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-OH，-COOH和CO。
如有水存在或因煤的氧化除氢反应（即-CH2→CO-+H2O)而产生水，则同时还会有过氧化物、配合物等形式。
后
者浓度积累到一定值，且又达到一定温度时，氧化作用将自动加速，如果连锁反应不断进行，放出的热量不能及时排出，一旦达到煤的着火点温度就会引起自燃。
但如果水分含量大于12%时，由于水分的大量蒸发带走了热量，自燃趋势降低。
（3）空气中的氧分子与煤发生化学反应，并生成一定的氧化产物。
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反应。
煤炭低温吸附氧的过程这三种途径是同时进行的。
在常温下（20~30 。
C），煤的化学吸附速度和化学反应速度较慢，这时煤的吸氧量主要是物理吸附氧量；随着温度的升高，其化学吸附和化学反应速度加快，这时煤的吸氧量中化学吸附和化学反应耗氧量所占的比重增加。
煤化学研究表明，煤的氧化途径是先形成酚类，进而形成醌类的酸酐，最后形成羟酸。
含有水分的煤堆以及地表附近的煤层在有水存在下受空气中氧的长时间氧化和水解作用，性质发生很大的变化，成为风化煤。
风化煤与原煤相比，煤中C、H含量下降，O含量上升，含氧酸性官能团增加；风化煤中含有再生腐植酸，发热量降低，着火点下降等。
二、煤的氧化自燃过程分析
煤氧化自燃过程可划分为三个时期：潜伏期、自热期和燃烧期。
（一）潜伏期
煤温在常温至60。
C，煤样与空气接触后，吸附氧而生成不稳定的氧化物，如羧基（-COOH）与羟基（-OH），此时，煤的氧化过程平稳而缓慢，氧化放热量很少，有微量的CO释放出。
（二）自热期
经过潜伏期后，煤温从60。
C逐渐上升至80。
C，煤的氧化速度加快，水分开始蒸发，煤中不稳定的氧化物开始分解成水以及释放出CO、CO2气体。
氧化产生的热量使煤温继续升高，达到自热的临界约为80。
C，这一阶段称为煤的自热前期。
该阶段耗氧量有明显增加，CO的发生量也随温度上升而逐级增加。
当煤温超过自热的临界温度80。
C后，煤的氧化进程加快。
随着煤温的升高，开始出现煤的干馏，生成碳氢化合物、氢以及CO等可燃气体。
当环境条件能继续维持煤氧化自热的进行，则可能使煤温上升到煤的着火点而导致自燃。
这一阶段称为煤的自热后期。
另一种可能的发展是由于外界条件的变化不可能聚热，使煤体温度下来，或者空气中氧含量降低，氧化过程逐渐停止，煤不会发展到自燃阶段，而进入风化状态。
（三）燃烧期
当煤温达到自燃温度时，煤氧化自燃进入燃烧期，此时煤开始深度热分解反应，从煤中释放出烃类气体、CO、CO2等，既有脱附、氧化分解气体，也有热分解气体，煤中的结晶水开始解析。