第二讲 煤的自燃及测试方法

2）细菌作用学说
煤炭自燃的起因是细菌求生活动的过程，这种活动能助长煤中有机物的氧化 发酵生热，而导致煤的自燃。
3）酚基作用学说
酚基作用学说认为：煤的有机化合物中，以酚基最易受到氧化，所以最初是 酚基类氧化发热而导致其它有机物的氧化发热。
4）煤氧复合学说
煤中含有一种易于被空气低温氧化的活性物质，这种活性物质的多少，取决 于煤的变质程度的高低，变质程度越高，活性物质就越少。煤接触氧后，活性物 质在低温下与氧化合，放出微热，热量积聚而导致煤的自燃。
第二讲 煤的自燃及测试方法
2013-9-12
第一节 煤的自燃学说
1）黄铁矿作用学说
黄铁矿作用学说是最早试图打开煤炭自燃之迷的学说之一，它在十七世纪提 出并很快得到了很大的发展。该学说认为：黄铁矿吸氧后体积膨胀，挤碎了煤 块，增大了裂隙，同时黄铁矿吸氧后有水时要发生放热反应，热量聚积，以致煤 的燃烧。
自燃倾向 性等级 Ⅰ Ⅱ Ⅲ
全
硫
同一 实验室 0.05
≥2.00 <2.00
1)含可燃挥发分≤18．0％。
ZRJ-1型流态色谱吸氧仪器
专用标准样品管结构示意图
第四节 煤层自燃危险程度及自然发火期
如前所述，煤炭的自燃与否，主要取决于煤炭本身的自燃倾向性，煤本身 的物理化学性质和外部的漏风供氧和热交换的条件。 因此，煤的自燃取决于两个因素：一个是内因因素，即煤炭自燃倾向性； 一个是外因因素，即煤炭氧化过程中的连续供氧和蓄热的条件。 内因的影响因素是先天的因素，是在成煤之前或在成煤的过程中就已 经存在了的。如前面所述：煤的变质程度、煤的水分、煤岩成分、煤的含 硫量、煤的粒度、孔隙度与脆性等 。 而外因的影响因素则是后天的因素，主要包括：地质变动、煤层赋存 条件、开拓开采条件和通风条件等的影响。 实验证明，一个煤层或矿井自然发火的危险程度并不完全取决于煤的自 燃倾向性，在一定程度上还受煤层的地质赋存条件、开拓、开采和通风条 件的影响。一个弱自燃倾向性的矿井，如果不重视安全工作，乱采乱伐， 四处漏风，则煤炭自燃发火的几率可能要比一个强自燃倾向性的矿井大。 因此。影响煤炭自燃的外因因素也是不可忽视的。
为什么有的煤能自燃，有的煤不会自燃，如：河南焦作的煤不易燃，陕 西铜川、辽宁抚顺、甘肃窑街等的煤易燃。煤炭自燃与否取决于煤本身 的物理化学性质和外部的散热条件。因此煤炭的自燃与否主要取决于两 个因素：
内因因素：指煤本身的自燃倾向性，煤本身的氧化能力和物理化学特征。
煤要自燃，首先必须要有自燃倾向性，即要有自燃的能力。
4 煤自燃倾向性等级 分类
以每克干煤在常温 (30℃)、常压 (1.0133×104Pa)下的 吸氧量作为分类的主指 标，煤的自燃倾向性等 级按表1、表2分类。
表1
褐煤、烟煤类自燃倾向性分类表
自燃倾向 性 煤的吸氧量，cm3／ g·干煤
自燃倾向 性等级
Ⅰ
Ⅱ Ⅲ 表2
容易自燃
自燃 不易自燃
>0.70
℃
冷却风化
3）燃烧期（自燃期）
煤温达到着火温度（无烟煤﹥400℃、 烟煤320-380 ℃ 、褐煤﹤300℃）开始 燃烧。
时间 潜伏期 自热 前期 自热 后期
4）冷却风化
煤在氧化过程中，如有良好的冷却散热条件以至温度不能上升，则发生风化。 风化后的煤不再发生自燃。
第三节 煤的自燃倾向性鉴定方法与分类
4.1影响煤炭自燃的外因因素：
影响煤炭自燃的外因因素主要有：
1）煤层地质赋存条件
2）地质构造的破坏程度 3）围岩性质 4）采掘技术因素 5）通风条件
4.2 煤层自然发火期
《煤矿安全规程执行说明》47条规定： 1、煤层中出现下列情况之一者，该煤层定为自然发火煤层： 1）煤炭自燃引起明火； 2）煤炭自燃发生烟雾； 3）煤炭自燃发生煤油味； 4）采空区测取的CO浓度超过矿井 实际统计的临界指标。 2、巷道中煤层自然发火期应以自然发火地点在揭露煤之日起至发生自然 发火时为止的时间计算，一般以月为单位。 3、回采工作面煤层自然发火期应以工作面开切眼之日起至发生自然发火 时为止的时间计算，一般以月为单位。
第二节 煤炭氧化过程
1）准备期 （潜伏期）
煤在低温下吸附空气中的氧，在煤的表 面生成不稳定的初级氧化物羧基OH、 羟基COOH，煤温与环境温度不变，煤 重增加，着火点降低，化学活性增加。
温 度 着火点温度
燃 烧 期
2）自热期
自热前期：煤温上升，不稳定的初级氧 化物进一步生成H2O、CO2、CO及 CxHy。 自热后期：当温度达到60-80℃的临界 温度时，氧化速度加剧。
煤自燃倾向性色谱吸氧鉴定法
1）煤的自燃倾向性 煤在常温下氧化能力的内在属性 2）流动色谱吸氧法
应用热导法双气路气相色谱分析检测技术，测定煤对流态氧的吸附能力， 以吸氧量表征煤的氧化自燃性能。
3）步骤
（1）煤样的预处理 制备好的煤样称取1g装入标准样品管中，通以氮气(流量30cm3／min)， 在柱箱温度为105℃的条件下处ห้องสมุดไป่ตู้1.5h。 （2）吸氧量的测定 将处理好的煤样，在柱箱温度为30℃，热导温度为80-100℃，载气氮流 量为30±0.5cm3／min，吸附氧气流量为20±0.5cm3／min的条件下，吸附氧 气20min后，测定脱附峰面积S1； 将煤样倒出，在相同的条件下，同一样品管空管吸附氧气5min，测定脱 附峰面积S2；根据S1、S2计算吸氧量值。
0.40 < Vd ≤ 0.70 ≤0.40
5 允许误差
煤吸氧量测定结果的 允许平行误差不得超过 表3的规定： 表3 煤吸氧量测定的 平行实验误差 不同 实验室 0.10
高硫煤、无烟煤1）自燃倾向性分类表 自燃倾向 性 容易自燃 自燃 不易自燃 煤的吸氧 量，cm3 ／g·干煤 ≥1.00 ≤1.00
煤炭自燃倾向性、自然发火危险程度、煤层自然发火期三者 关系：
煤炭自燃倾向性是煤层的自然属性，是煤本身的氧化能力和物理化学特征， 即煤层自燃的能力。自然发火危险程度包含了内、外因的因素，表征煤层 可能发生自然发火危险程度的大小。煤层自然发火期是自然发火危险程度 在时间上的量度。
2）煤的水分 3）煤岩成分 4）煤的含硫量 5）煤的粒度、孔隙度与脆性
3.2煤的自燃倾向性鉴定
鉴定煤的自燃倾向性对于掌握自燃火灾的发生规律，有 针对性地采取防火措施具有重要意义。 我国《煤矿安全规程》（第209条）第228条规定： 煤的自燃倾向性分为容易自燃、自燃、不易自燃三类。 新建矿井的所有煤层的自燃倾向性由地质勘探部门提供 煤样和资料送国家授权单位作出鉴定，鉴定结果报省（自治 区、直辖市）煤矿安全监察机构及煤炭管理部门备案。 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。 开采容易自燃和自燃煤层的矿井，必须采取综合预防煤 层自然发火的措施。 目前常用的测试方法有： 1）煤自燃倾向性色谱吸氧鉴定法 2）着火温度降低值测定法
外因因素：指煤在氧化过程中的通风供氧和热交换的条件。
因此，煤炭自燃必须同时满足四个条件： 1）煤本身要有自燃倾向性；（有自燃倾向性的煤呈破碎堆积） 2）要有连续的供氧条件； 3）热量易于积聚； 4）足够的氧化时间。
3.1 煤炭自燃倾向性影响因素
影响煤炭自燃倾向性的因素（内因因素）主 要有： 1）煤的变质程度