第二章 煤的自燃及其特性
矿井中的煤自燃特点和一般规律
矿井中的煤自燃特点和一般规律煤矿里的煤自燃问题，听着就让人头大。
别小看这事儿，矿井中的煤自燃可真的是一颗定时炸弹！你要是站在矿井的角度看，煤自燃就像是个隐形的“敌人”，说不定哪天它就会突然“爆发”出来，把大家吓个半死。
你说煤本来是黑乎乎的东西，怎么突然就能着起来呢？其实啊，这背后有个特别复杂的过程，咱们得从头说起。
煤的自燃，和它的成分、存储的方式、空气的湿度、温度都关系大。
不知道你有没有想过，矿井里那个闷热潮湿的环境，正是煤自燃的“温床”。
煤块在矿井里长时间堆积，跟空气接触不多，里面的温度慢慢就积攒起来了。
突然有一天，它遇到一个合适的温度，可能就像打火机按了一下，点着了。
哎，你以为是偶然，实际上每个细节都能引发它的自燃。
这样一来，这煤块就开始闷烧起来，不见火光，也不冒烟，但温度可不低。
你可能觉得，煤自燃的事情听起来挺抽象的，对吧？但实际上，煤自燃发生的时候，不仅是煤自个儿“发火”，连带着矿井内的空气质量、环境条件都能受到影响。
更要命的是，煤自燃一旦发生，它会渐渐加剧，温度越来越高，甚至一不小心，可能会引发大规模的火灾。
想想看，矿井一旦起火，通风不畅，气体积聚，浓烟滚滚，根本不是个小事。
火不易扑灭，损失也大，毕竟煤矿里面可不是一个人两人的事，成千上万的矿工可都在里面工作，万一出现个意外，后果简直不可想象。
再说了，煤的自燃并非是简单的“点着了”那么简单。
煤本身带有一定的“气质”，它的吸湿性和含水量，以及周围的氧气含量，都能直接影响它自燃的几率。
你知道吗？煤的种类繁多，像褐煤、烟煤、无烟煤这些，它们的自燃特性也不一样。
有些煤矿坑底是湿气重的地方，煤矿里的温度一般都比较高，一旦这些煤含水量高，慢慢地它们就能在“适当的条件”下滋生热量，最终燃烧。
这个过程看似是煤的“慢性自杀”，但它一旦引发了火灾，所有的慢热都成了燃烧速度超快的火场，谁也不敢轻视。
我记得有一回，矿区里就发生过一次煤自燃的事件。
那天，矿工们照常下井工作，结果突然矿井的监控设备发出了警报，煤块的温度逐渐升高，局部区域的氧气浓度开始发生变化。
煤炭自燃机理及防治措施
煤炭自燃机理及防治措施1 煤的自燃机理1.1 概述关于煤的自燃问题，长期以来，一般都认为煤中黄铁矿的存在是自燃的原因，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，可以形成硫酸，它是很强的氧化剂，更加速煤的氧化，促进煤的自燃。
需要指出，有的含有黄铁矿的煤，虽然经过长斯放置，并不一定发生燃，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，就放出更多的湿润热，也会加速煤的自燃。
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。
煤的自燃从本质上来说是煤的氧化过程。
1.2 煤自燃的不同阶段（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有重要影响。
当水被煤吸附时会放出大量热，即润湿热。
所以，多数情况下该阶段对煤的自燃都起着关键作用。
（2）化学吸附阶段。
煤自燃过程首先在这个阶段发生化学反应。
该阶段的反应温度为环境温度至70℃。
这伸过程中煤吸附氧气会产生过氧化物，因而叫做化学吸附阶段。
化学吸附阶段煤重略有增加，并产生气体，其中的CO可作为标准气体，通过监测CO浓度可对煤的自燃进行早期预报，化学吸附阶段需要少量水参加反应。
根据煤的品级和类型不同，化学吸附的放热量在5.04～6.72J/g之间变化。
若煤温达到70℃时会分解，煤重随之在幅度下降，甚至比原始煤重还要轻。
煤中水汾的蒸发可带走一些热量，该过程产热量晨16.8～75.6J/g间变化。
若煤氧化进行到这个阶段，想使其不自燃是非常困难的。
（4）煤氧复合物生成阶段。
该阶段生成一种稳定的化合物，即煤氧复合物。
其反应温度范围为150～230℃。
产生的热量25.2～003.4J/g。
项目二 煤 炭 自 然 发 火
二、煤炭自燃的过程
1、煤的自燃学说 黄铁矿作用学说 细菌作用学说 酚基作用学说 自由基作用学说 煤氧复合作用学说
2、煤的自燃过程
按照煤氧化复合作用学说，煤的自燃发展过程一 般分为三个阶段，即潜伏阶段、自热阶段和自燃阶段。 1、潜伏期 自煤层被开采、接触空气起至眉纹开始升高位置 的时间去见成为潜伏期。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。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。 特征：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Байду номын сангаас温不变，但煤的比重略有增加，煤被 活化（化学性增加），煤的着火温度降低。
（2）当空气中氧含量低于10%是具有窒息性；当空 气中氧含量低于15%时，可以预防自然发火。 （3）空气流动速度的大小是氧化热量能否积聚的重 要条件。煤炭自燃都是在风速比较适中的情况下发生 的。 （4）维持煤的氧化过程不断发展的时间应大于煤的 自然发火期。 煤炭自燃经常发生的地点： 有大量遗煤而未及时封闭或封闭不严的采空区 （特别是采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。
任务三 煤的自然发火期及煤层自燃 危险性划分
能进行自然发火的判定 熟悉煤层自然发火期的定义 会进行煤层自然发火期的估算 掌握延长煤层自然发火期的途径 熟悉矿井自然发火等级的确定
一、煤的自燃发火期
1、自然发火的判定
《矿井防灭火规范》中对自然发火和存在自然 发火隐患都有明确的规定： 矿井某一区域出现如下现象之一时，即定为发 生自然发火： ①由于自燃出现火炭、火焰、烟雾等现象； ②由于自燃出现空气、煤炭、围岩及其他介质温度 升高，并超过70℃，其风流中出现一氧化碳，且有 上升趋势。 矿井某一区域出现如下预兆之一时，即存在自 然发火隐患： ①风流中出现一氧化碳，其发生量呈上升趋势； ②风流中出现二氧化碳，其发生量呈上升趋势；
煤炭自燃
色谱吸氧法
煤在一定温度下，吸氧 量越大，表明越容易被 氧化，因此就越容易自 燃，这就是吸氧量法的 根据。以60℃时煤在4h 内的吸氧量作为自燃倾 向性的主要指标，而以 60℃与30 ℃的吸氧量之 差作为辅助指标，将煤 的自燃倾向性分为4个等 级，见表2-1。
色谱吸氧法是根据 煤低温时吸附氧为 单分子层物理吸附 的原理，应用双气 路气相色谱分析检 测技术，测定约定 温度下吸附流态氧 量的大小，区分煤 的自燃倾向性级别 的方法。自燃倾向 性分类表如图2-3、 2-4所示。
课题二、煤炭自燃
课题二、煤炭自燃
课题二、煤炭自燃
课题二、煤炭自燃
单元三 矿井火灾防治
矿井 火灾 防治
课题二 煤炭自燃
课题二 煤炭自燃
（一）煤炭自燃的基本条件
1 2 3 4
具有自燃倾向性的煤炭呈破碎堆积状态
有连续的通风供养条件，维持煤炭氧化过程的发展
温度积聚氧化生成热量，使煤的升高
同时具备上述三个条件时，还要大于煤的自燃发火期
课题二、煤炭自燃
（二）煤炭自燃的过程 （附示意图）
准备期
自热期
燃烧期
当煤温达到着火温度（无烟煤大于400℃、烟煤320 ～380 ℃、 褐煤小于300 ℃）时，煤就着火燃烧起来，即进入燃烧阶段。 这时出现一般的着火现象：明火、烟雾，产生一氧化碳、二 氧化碳以及各种可燃气体，火源中心处的煤温可高达1000 ～ 2000 ℃。
课题二、煤炭自燃
课题二、煤炭自燃
吸氧量法
双氧水法
双氧水法是根据煤与双氧 水反应时升温速度不同为 原理来分类的。易自燃的 煤与双氧水反应初期温度 微微上升，到50 ℃以后 温度迅速上升，最后可达 到90 ℃以上；不易自然 的煤与双氧水反应，温度 上升几度或十几度之后， 经过一段时间即自行下降。 根据煤与双氧水反应温度 上升及其特性，划分煤的 自燃倾向性为3个类别， 见表2-2。
煤自燃特性及防治技术精品PPT课件
煤层地质赋存条件
煤层厚度
➢开采厚煤层的矿井，内因火灾发生次数比开采中厚和薄煤层的矿井多； ➢据统计，有80％的自燃火灾发生在厚煤层开采中 ； ➢国内的鹤岗矿区统计，有86.6％的自燃火灾发生在5m以上的厚煤层中； ➢原苏联库兹涅茨矿区2/3以上的煤炭自燃也发生在5m以上的厚煤层中。
煤层倾角
➢开采急倾斜煤层比开采缓倾斜煤层易自燃 ； ➢原苏联库兹涅茨矿区75％的自燃火灾发生在45°～90°倾角的煤层中； ➢德国鲁尔矿区81.5％的自燃火灾发生在36°～90°倾角的煤层内； 原因： ✓倾角大的煤层受到地质作用影响比较大，使得煤层在开采过程中比较容易破 碎 ✓倾角大的煤层频繁发生自燃还因为急倾斜煤层顶板管理困难，采空区不易充 严，煤柱也不易保留，漏风大
煤层地质赋存条件
地质构造
自然发火次数要多于煤层层位规则的地方如断层、褶曲发育地带、 岩浆入侵地带 。这是由于煤层受张拉、挤压的作用，裂隙大量发生， 破碎的煤体吸氧条件好，氧化性能高。据四川芙蓉煤矿统计，巷道自 燃火灾52％发生在断层附近。
煤层顶板
煤层顶板坚硬，煤柱易受压碎裂。坚硬顶板的采区空冒落充填不 密实，冒落后有时还会形成与相邻正在回采的采区，甚至地面连通的 裂隙，漏风无法杜绝，为自燃提供了条件
✓ 煤田火灾每年烧损的煤量达1360万吨，经济损失超过200亿元； ✓ 煤田火灾还造成对地下水的污染和地质条件、地表植被、大气环境的
严重破坏； ✓ 煤田火在世界范围内引起许多问题和风险，例如排放有害气体和温室
气体，污染大气和地下水，造成局部土地退化，导致生态系统退化、 滑坡、坍塌和侵蚀，引起呼吸系统疾病和威胁煤矿安全等； ✓ 中央与地方财政每年投入的灭火资金都达数亿元以上。
燃烧期
煤温达到着火温度（无烟煤﹥400℃、烟煤320380 ℃ 、褐煤﹤300℃）开始燃烧。
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:
煤粉特性及自燃爆炸的条件
煤粉特性及自燃爆炸的条件第一篇：煤粉特性及自燃爆炸的条件煤粉特性及自燃爆炸的条件煤粉发生自燃和爆炸是由于煤的特性在加工成煤粉后所具有的特性以及煤粉所处的环境条件所决定的。
1.1 煤粉的流动性它的尺寸一般为0~50微米，其中20~50微米的颗粒占多数。
干的煤粉能吸附大量的空气，它的流动性很好，就像流体一样很轻易在管道内输送。
由于干的煤粉流动性很好，它可以流过很小的空隙。
因此，制粉系统的严密性要好。
1.2 煤粉的自燃与爆炸积存的煤粉与空气中的氧长期接触氧化时，会发热使温度升高，而温度的升高又会加剧煤粉的进一步氧化，若散热不良时会使氧化过程不断加剧，最后使温度达到煤的燃点而引起煤粉的自燃。
在制粉系统中，煤粉是由输送煤粉的气体和煤粉混合成的云雾状的混合物，它一旦碰到火花就会使火源扩大而产生较大的压力（2~3倍大气压），从而造成煤粉的爆炸。
影响煤粉爆炸的因素很多，如挥发分含量，煤粉细度，气粉混合物的浓度，温度湿度和输送煤粉的气体中氧的成分比例等。
一般说来挥发分含量VR<10％(无烟煤)，是没有爆炸危险的。
而VR>25％的煤粉（如烟煤等），很轻易自燃，爆炸的可能性也很大。
煤粉越细越轻易自燃和爆炸，粗煤粉爆炸的可能性较小。
例如烟煤粒度大于0.1毫米几乎不会爆炸。
因此，挥发分大的煤不能磨得过细。
煤粉浓度是影响煤粉爆炸的重要因素。
实践证实，最危险得浓度在1.2~2.0kg/m3,大于或小于该浓度时爆炸的可能性都会减小。
在实际运行中一般是很难避免危险浓度的。
制粉设备中沉积煤粉的自燃性往往是引爆的火源。
气粉混合物温度越高，危险性就越大。
煤粉爆炸的实质是一个强烈的燃烧过程，是在0.01~0.15s的瞬间大量煤粉忽然燃烧产生大量高温烟气因急速膨胀而形成的压力波以及高速向外传播而产生的很大的冲击力和声音。
潮湿煤粉的爆炸性较小，对于褐煤和烟煤，当煤粉水分稍大于固有水分时一般没有爆炸危险。
2 制粉系统爆炸原因分析引爆点主要在轻易长期积煤或积粉的位置，制粉系统处于封闭状态，引爆的火源主要是磨煤机入口积煤，细粉分离器水平段入口管积粉，粗粉分离器积粉自燃，根据制粉系统的运行工况和爆炸情况分析，主要原因如下。
第2章 煤的自燃及特性解读
第二章煤的自燃及其特性煤自燃是煤矿生产中的主要自然灾害之一。
自十七世纪以来，人们就开始对煤的自燃现象进行研究，提出了解释煤自燃的多种假说，但由于煤的化学结构非常复杂，人们至今还不能完全阐述清楚煤的自燃机理。
尽管如此，人们仍在对煤的自燃机理孜孜探求。
近些年来通过对煤自燃的宏观特性（氧化产热量、产物和耗氧量）与煤自燃过程中微观结构（官能团、自由基）的变化特征的深入研究，对煤自燃的认识不断深入。
本章将较全面地介绍煤炭自燃研究方面的新进展，较深入地对煤自燃过程及影响因素进行分析，较系统地阐述煤在低温氧化过程中的自燃特性和煤自燃倾向性、自然发火期等的测试与确定方法。
第一节煤的基础特性煤的自燃特性是由其基础特性决定的。
在对煤的自燃特性进行研究之前，有必要了解一下煤的形成、分类、组成特点、热物理性质和表面特性等相关知识。
一、煤的形成及分类煤是由植物形成的。
根据成煤植物种类的不同，煤主要可分为两大类[1]，即腐殖煤和腐泥煤。
由高等植物形成的煤称为腐殖煤，它分布最广，储量最大；由低等植物和少量浮游生物形成的煤称为腐泥煤。
通常所讲的煤，就是指腐殖煤。
由高等植物转化为腐植煤要经历复杂而漫长的过程，一般需要几千万年到几亿年的时间。
转化次序是：植物、泥炭、褐煤、烟煤、无烟煤。
整个成煤作用可划分为几个阶段：植物向泥炭转化作用过程，泥炭向褐煤的转化为成岩作用过程，褐煤向烟煤、无烟煤的转化成为变质作用过程，成岩作用和变质作用又合称为煤化作用过程。
中国煤炭分类[2]，首先按煤的干燥无灰基挥发分>37%、>10％、≤10%，将所有煤分为褐煤、烟煤和无烟煤。
然后烟煤又按挥发分>10%~20%、>20%~28%、＞28%~37%和>37%的四个阶段分为低、中、中高及高挥发分烟煤，同时还根据表征烟煤煤化程度的参数（粘结指数、胶质层最大厚度或奥亚膨胀度），将烟煤划分为长焰煤、不粘煤、弱粘煤、1/2中粘煤、气煤、气肥煤、1/3焦煤、肥煤、焦煤、瘦煤、贫瘦煤和贫煤。
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1940年，前苏联学者特龙诺夫（Б．B．Tpoиoв）提出酚基作用假说：煤的 自热是由于煤体内不饱和的酚基化合物吸附空气中的氧，同时放出一定的热量所致。
煤氧复合作用假说
煤氧复合作用假说认为煤自燃的主要原因是煤与氧气之间的物理、化学复合 作用的结果， 其复合作用包括煤对氧的物理吸附、化学吸附和化学反应产生的热 量导致煤的自燃。
第二节 煤自燃假说
1686年，英国学者普洛特（Plot）发表了第 一篇有关煤自燃的论文 ，距今已有320多年
世界各主要采煤国家都开展了对煤炭自燃的 研究，在煤炭自燃机理及防治技术方面取得 了许多研究成果
由于煤炭的构成及其自燃过程极为复杂，迄 今还没有能完善解释煤炭自燃的学说，成为 没有解决的一大世界难题。
150
粒度/目
不同粒度煤物理吸氧量
潘一肥煤 柴里气煤 北皂褐煤 百善无烟煤 李一气肥煤
200
粒度影响煤的孔隙分布和内外表面积，因此也就影响了煤的物理吸附能力。 随着煤粒度不断变小，其吸氧量相应增加，一旦粒度太小之后破坏了这些微 孔隙结构，那么其物理吸附能力反而有所下降。
煤低温氧化过程的耗氧特性
煤的物理吸附氧的试验
煤自燃影响因素
内在因素：
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 煤的瓦斯含量
煤自燃影响因素
煤炭自燃倾向性取决于煤在常温下的氧化能力，是煤 层发生自燃的基本条件。然而在生产中，一个煤层或矿井 的自然发火危险程度并不完全取决于煤的自燃倾向性，还 受外界条件的影响。
外在因素：
煤层地质赋存条件 采掘技术因素 通风管理因素
kJ/（kg∙K）
温升值，K
北皂褐煤
1.4037
0.1968
1.5
0.13
柴里气煤
0.5998
0.0841
1.4
0.06
潘一肥煤
0.5576
0.0782
1.3
0.06
百善无烟煤
0.8070
0.1131
1.1
0.10
煤低温氧化过程的耗氧特性
煤低温氧化阶段的耗氧试验
煤样 卡布梁煤 大淑村煤 北杨411煤 长广07煤 五沟煤 东滩煤 朱仙庄煤 大佛寺煤 秦源煤 义马煤 北皂煤
燃烧期
煤温达到着火温度（无烟煤﹥400℃、烟煤320380 ℃ 、褐煤﹤300℃）开始燃烧。
风化冷却
如果煤温根本不能上升到临界温度，或能上升到这 一温度但由于外界条件的变化更适于热量散发而不是聚 集，煤炭自燃过程自行放慢而进入冷却阶段，继续发展， 便进入风化状态，使煤自燃倾向性能力降低而不易再次 发生自热。
煤自燃自热期
• 经过准备期之后，煤的氧化速度增加，不稳定的 氧化物分解成水（H2O）、二氧化碳（CO2）、 一氧化碳（CO）。氧化产生的热量使煤温继续 升高，超过煤自热的临界温度（一般为60～ 80℃），煤温急剧加速上升，氧化进程加快，开 始出现煤的干馏，产生芳香族的碳氢化合物 （CxHy）、氢（H2）、更多的一氧化碳（CO） 等可燃气体，这个阶段为自热期。
通风管理因素
通风因素的影响主要表现在采空区、煤柱和煤壁裂隙漏风。
矿井通风网络结构简单，风网阻力适中，主要通风机与风网匹配，通风 设施布置合理，通风压力分布适宜的通风系统可以大大减少或消除自然 发火的供氧因素，主要表现在：
➢从全矿井网络结构来看，开采自燃煤层的大中型矿井，以中央分列式 和两翼对角式通风为好；
第二章 煤炭自燃及特性
本章要点：
➢ 了解煤炭自燃的假说，掌握煤氧复合假说的内容 ➢ 掌握煤炭自燃的条件、过程及其影响煤炭自燃的
因素 ➢ 了解煤低温氧化过程的耗氧、产热、产物和自由
基官能团变化特性 ➢ 掌握我国煤炭自燃倾向性的测试方法与分类标准 ➢ 掌握自然发火期的定义与确定方法。
第一节 煤的基础特性
kg/(Kg.K)-1 kg/(Kg.K)-1
第一节 煤的基础特性
煤的比热容
比
煤的比热（在常温下1g煤升高1℃时所需 的热量）很小，水的比热（5℃时为
热 容
4.184kJ/kg.℃）大约为其4倍，因而煤的
比热随煤中水分含量的增加而提高；同时，
它随煤化程度的加深而降低。此外，由于
煤中矿物质的主要成分的比热较小，因此，
不同煤样在各种温度下的氧气浓度值 单位：%
煤种 无烟煤 无烟煤
贫煤 气肥煤
焦煤 气煤 气煤 不黏煤 长焰煤 长焰煤 褐煤
40℃ 20.78 20.92 20.93 20.85 20.63 20.93 20.77 20.93 20.70 20.69 20.52
50℃ 20.83 21.01 20.84 20.88 20.77 20.73 20.65 20.76 20.03 19.87 19.94
煤的化学吸附特性
不同煤种对氧物理吸附能力的示意图
➢化学吸附时吸附分子与固体表面间有某种化学作用，即它们之间有电子的 交换、转移或共有，从而可导致原子的重排、化学键的形成与破坏；
➢化学吸附速度与化学反应类似，吸附需活化能，速度比较慢，属单分子层 吸附，而且是不可逆的，有明显的选择性；
➢煤的化学吸附热一般为80～420 kJ/mol。
➢开采一个采区时采用前进式开采程序比用后退式开采的漏风大，而且 也使采空区内的遗煤受氧作用时间长，都为自燃创造了条件
➢规程规定：开采容易自燃和自燃的煤层（薄煤层除外）时，采煤工作 面必须采用后退式开采
➢一个采区或工作面回采时应力求采用进度快的生产工艺，使采空区遗 煤经受氧的作用时间大大小于煤层的自然发火期，就不易自燃发生。
煤层地质赋存条件
地质构造
自然发火次数要多于煤层层位规则的地方如断层、褶曲发育地带、 岩浆入侵地带 。这是由于煤层受张拉、挤压的作用，裂隙大量发生， 破碎的煤体吸氧条件好，氧化性能高。据四川芙蓉煤矿统计，巷道自 燃火灾52％发生在断层附近。
煤层顶板
煤层顶板坚硬，煤柱易受压碎裂。坚硬顶板的采区空冒落充填不 密实，冒落后有时还会形成与相邻正在回采的采区，甚至地面连通的 裂隙，漏风无法杜绝，为自燃提供了条件
第三节 煤的自燃过程及影响因素
自然发火的条件
➢煤具有自燃倾向性且呈破碎状态堆积 ➢有连续的通风供氧条件 ➢热量易于积聚 （有聚热环境） ➢持续一定的时间
煤自燃过程
温
度
燃
着火点温度
烧
Tc＝70℃
T0 0
准备期
冷却 自热
风化 时间
煤自燃准备期
• 准备期又成为潜伏期，此阶段煤体温度的 变化不明显，煤的氧化进程十分平稳缓慢， 煤与氧接触后煤的重量略有增加、着火点 温度降低，氧化性被活化。在该阶段因环 境起始温度低，煤的氧化速度慢，产生的 热量较小，因此需要一个较长的蓄热过程， 它的长短取决于煤的自燃倾向性的强弱和 外部条件。
煤层地质赋存条件
煤层厚度
➢开采厚煤层的矿井，内因火灾发生次数比开采中厚和薄煤层的矿井多； ➢据统计，有80％的自燃火灾发生在厚煤层开采中 ； ➢国内的鹤岗矿区统计，有86.6％的自燃火灾发生在5m以上的厚煤层中； ➢原苏联库兹涅茨矿区2/3以上的煤炭自燃也发生在5m以上的厚煤层中。
煤层倾角
➢开采急倾斜煤层比开采缓倾斜煤层易自燃 ； ➢原苏联库兹涅茨矿区75％的自燃火灾发生在45°～90°倾角的煤层中； ➢德国鲁尔矿区81.5％的自燃火灾发生在36°～90°倾角的煤层内； 原因： ✓倾角大的煤层受到地质作用影响比较大，使得煤层在开采过程中比较容易破 碎 ✓倾角大的煤层频繁发生自燃还因为急倾斜煤层顶板管理困难，采空区不易充 严，煤柱也不易保留，漏风大
• 煤静态物理吸 附氧的热效应
T＝ qy Vd 22.4 u
式中：qy 为氧的液化热，其值为3.41kJ/mol；Vd为煤物理吸附氧量,ml/g； μ为煤的质量热容，kJ/（kg∙K）。
静态物理吸附使煤体温度上升值
煤样
静态物理吸氧量， 煤体物理吸附氧获得 煤样质量热容， 物理吸附使煤体
ml/g
的热量，kJ/kg
煤的分类：
按煤的干燥无灰基挥发分： 褐煤>37%、烟煤>10％、无烟煤≤10%， 根据表征烟煤煤化程度的参数（粘结指数、胶质层最大厚度 或奥亚膨胀度），将烟煤划分为： 长焰煤、不粘煤、弱粘煤、1/2中粘煤、气煤、气肥煤、1/3 焦煤、肥煤、焦煤、瘦煤、贫瘦煤和贫煤
图8 中国煤种分布与煤层自燃倾向性区划
煤低温氧化过程的耗氧特性
煤的物理吸附氧的试验
不同环境温度吸氧量 随着温度上升煤物理吸氧量呈下降趋势，且初始吸氧量大的物理吸氧量 降值大，初始吸氧量不同的煤样在某个温度处的吸氧量有可能相等或者 极其接近。
煤低温氧化过程的耗氧特性
煤的物理吸附氧的试验
1.2
吸氧量/ml/g
0.8
0.4
0.0 50
100
若顶板易于垮落，垮落后能够严密地充填采空区并很快被压实， 火灾就不易形成，即使发生，规模也不会很大。
采掘技术因素
采掘技术因素对自燃危险性的影响主要表现在采区回采速度、回采 期、采空区丢煤量及其集中程度、顶板管理方法、煤柱及其破坏程度、 采空区封闭难易等方面。
➢采煤方法影响煤炭自燃主要表现在煤炭回采率的高低和回采时间的长 短等，丢煤愈多、浮煤越集中的采煤方20.72 20.55 20.63 20.67 20.63 20.61 19.06 19.03 19.10
70℃ 20.72 20.75 20.64 20.83 20.29 20.18 20.27 20.39 17.24 17.63 17.10
煤低温氧化过程的耗氧特性
煤的物理吸附氧的试验
吸氧量/ml/g
2.5 2.0 1.5 1.0 0.5 0.0
0
潘一肥煤 柴里气煤 北皂褐煤 百善无烟煤 李一气肥煤