1 煤的自燃機理

1.1 概述

關(guān)于煤的自燃問(wèn)題，長(cháng)期以來(lái)，一般都認為煤中黃鐵礦的存在是自燃的原因，由于黃

鐵礦氧化成為三氧化二鐵及三氧化硫時(shí)能放出熱量，在有水分參加的情況下，可以形成硫酸，它是很強的氧化劑，更加速煤的氧化，促進(jìn)煤的自燃。

需要指出，有的含有黃鐵礦的煤，雖然經(jīng)過(guò)長(cháng)斯放置，并不一定發(fā)生燃，而不含或少含黃鐵礦的煤也有自燃現象。因此，煤的自燃并非完全因含有黃鐵礦而引起。其主要原因是由于吸收了空氣中的氧氣，使煤的組成物質(zhì)氧化產(chǎn)生熱量，再被水濕潤，就放出更多的濕潤熱，也會(huì )加速煤的自燃。此外，煤的自燃還與煤本身的性質(zhì)有關(guān)。如煤的品級；煤的顯微組分、水分、礦物質(zhì)、節理和裂隙；煤層埋藏深度和煤層厚度；開(kāi)采方法和通風(fēng)方式等。煤的自燃從本質(zhì)上來(lái)說(shuō)是煤的氧化過(guò)程。

1.2 煤自燃的不同階段

（1）水吸附階段。與其他階段不同，這個(gè)階段只是個(gè)物理過(guò)程，煤與氧不會(huì )發(fā)生反應，煤吸附水雖不是煤自燃的根本原因，但他對煤自熱，特別是低品級的煤自熱有重要影響。當水被煤吸附時(shí)會(huì )放出大量熱，即潤濕熱。所以，多數情況下該階段對煤的自燃都起著(zhù)關(guān)鍵作用。

（2）化學(xué)吸附階段。煤自燃過(guò)程首先在這個(gè)階段發(fā)生化學(xué)反應。該階段的反應溫度為環(huán)境溫度至70℃。這伸過(guò)程中煤吸附氧氣會(huì )產(chǎn)生過(guò)氧化物，因而叫做化學(xué)吸附階段?；瘜W(xué)吸附階段煤重略有增加，并產(chǎn)生氣體，其中的CO可作為標準氣體，通過(guò)監測CO濃度可對煤的自燃進(jìn)行早期預報，化學(xué)吸附階段需要少量水參加反應。根據煤的品級和類(lèi)型不同，化學(xué)吸附的放熱量在5.04～6.72J/g之間變化。若煤溫達到70℃時(shí)會(huì )分解，煤重隨之在幅度下降，甚至比原始煤重還要輕。煤中水汾的蒸發(fā)可帶走一些熱量，該過(guò)程產(chǎn)熱量晨16.8～75.6J/g間變化。若煤氧化進(jìn)行到這個(gè)階段，想使其不自燃是非常困難的。

（4）煤氧復合物生成階段。該階段生成一種穩定的化合物，即煤氧復合物。其反應溫度范圍為150～230℃。產(chǎn)生的熱量25.2～003.4J/g。這個(gè)階段煤重又有所增加，煤氧化進(jìn)行到這個(gè)階段必然發(fā)生自燃。

（5）燃燒初始階段。這是煤氧復合物生成階段到煤快速燃燒階段的過(guò)渡時(shí)期，煤溫達230℃時(shí)，煤氧化可進(jìn)行到個(gè)階段。此時(shí)煤的反應熱為42～243.6J/g。這些熱量使煤迅速上升促進(jìn)了煤的快速燃燒。

（6）快速燃燒階段。這是煤自熱的最后階段，它描述了煤的實(shí)際燃燒過(guò)程。依氧氣供應充足與否，這個(gè)階段可能發(fā)生干餾、不完全燃燒或安全燃燒。如果燃燒充分，其反應熱等于煤的發(fā)熱值。

2 煤的自熱影響因素

2.1 煤質(zhì)

煤質(zhì)本身對煤自熱敏感性有顯著(zhù)的影響。

（1）煤的品級。煤的品級表明了煤的變質(zhì)程度，常用揮發(fā)分含量和含煤量表示。品級低的純煤自熱熱敏感性高，而且，隨著(zhù)煤的品能升高其自熱敏感性下降。因而，干燥褐煤最易自熱而無(wú)煙煤幾乎不自熱。但含有大最水分的褐煤較純褐煤不易自燃。

（2）煤的水分含量。煤中水分的含量對煤的自燃性有很大影響。水分含量達飽和的煤，特別是在水分含量高的褐煤和次煙煤被開(kāi)采和干燥前，煤體不再吸附水分，因而不能放出潤濕熱。煤氧化放出的熱量通常使內在水分溫度升高。另一方面，自熱時(shí)的化學(xué)反應需要有少量的水分參加。低口級煤水分含量遠遠大于化學(xué)反應的需要量。因而，對低品級煤來(lái)說(shuō)，水分實(shí)際上是煤自熱的阻化劑。

（3）礦物質(zhì)。煤中的礦物成分也叫灰分。它可與氧反應放熱增加煤溫，而且使煤分解以增加煤與空氣接觸的表面積，如黃鐵礦，它可以吸收氧化反應放出的部分熱量降低煤的氧化反應進(jìn)程；煤的高灰分使單位質(zhì)量的氧化熱降低。

2.2 開(kāi)采和貯運的環(huán)境因素

環(huán)境因素對煤自熱的影響為：可使煤的水分含量發(fā)生變化；改變煤氧接觸條件：使生產(chǎn)成的熱量擴散?？煞譃椋?BR>
（1）地質(zhì)因素。斷層和裂隙有利于空氣和水分與煤接觸。因而散熱沒(méi)有明顯增加，卻增加了煤發(fā)生氧化的機會(huì )和水的吸附。也就是說(shuō)斷層和裂隙增加了煤自燃的危險性。埋藏深的煤層地面漏風(fēng)較少。采空區遺煤（特別對于厚煤層）因不能完全回采而增中了煤的自燃危險性。

（2）開(kāi)采因素。開(kāi)采因素對煤自燃的影響主要有2個(gè)方面，即通風(fēng)和煤破碎，沒(méi)有通風(fēng)或通風(fēng)充分的地方，煤自燃的可能性較低。而通風(fēng)不充分地方煤自燃的可能性較大。裂隙漏風(fēng)是不充分漏分，它創(chuàng )造了煤進(jìn)一步氧化的條件，而散熱條件并未被改善。所以，任何漏風(fēng)對煤炭自燃來(lái)說(shuō)都是很危險的。

（3）貯運因素。在貯存和運輸過(guò)程中，影響煤自燃的因素要為通風(fēng)不充分和干燥的低品級煤因雨淋和噴灑水產(chǎn)生潤濕熱。

3 煤炭自燃的綜合防治措施

3.1煤層自燃的預測預報

（1）鑒于煤在低溫氧化階段產(chǎn)生CO，因此，CO是早期揭露火災的敏感指標。在礦井的采煤工作面回風(fēng)道、綜掘煤巷等有自然發(fā)火的地點(diǎn)設置CO傳感器，若發(fā)現CO濃度超限，便可采用便攜式CO檢測儀追蹤監測確定高溫點(diǎn)。

（2）采用紅外探測法判斷高溫點(diǎn)的位置，紅外探測法其基本原理是，根據紅外輻射場(chǎng)的理論，建立火源與火源溫度場(chǎng)的對應關(guān)系，從而推斷出火源點(diǎn)的位置。

（3）用鉆孔測溫輔助監測。對頂煤破碎或有自燃危險的地點(diǎn)，埋設測溫探頭，定期監測溫度變化情況。

（4）加強漏風(fēng)檢測。定期采用示蹤氣體法，檢查順槽漏風(fēng)量。對漏風(fēng)集中的區域加強觀(guān)測。

3.2 預防措施

（1）均壓通風(fēng)控制漏風(fēng)供氧。均壓通風(fēng)是控制煤層開(kāi)采中采空區等漏風(fēng)的有效措施。首先，要在保證沖淡CH₄，風(fēng)速，氣溫和人均風(fēng)量的要求下，全面施行區域性均壓通風(fēng)，其調壓措施包括單項調壓和多項措施聯(lián)合調壓，具體實(shí)施中的形成的工作面均壓逐步擴大到鄰近工作面采空區的區域性均壓。

（2）噴漿堵漏鉆孔灌漿。對煤層開(kāi)采中的可疑地點(diǎn)或已出現隱患地點(diǎn)進(jìn)行全封閉噴漿和打淺密集鉆孔注漿，是防止自然發(fā)火的2個(gè)有效措施。

（3）注凝膠防滅火。采用注凝膠技術(shù)處理高溫點(diǎn)或自然發(fā)火是煤層開(kāi)采中防滅火的重點(diǎn)措施，其方法是將凝膠注入高溫點(diǎn)或火點(diǎn)的周?chē)后w中，其作用是既可以封堵漏風(fēng)通道，又可以吸熱降溫。（陳憲）