煤炭自燃机理及综合防治措施

煤炭自燃机理及综合防治措施煤炭自燃机理及综合防治措施 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 3 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 这个阶段煤重又有所增加 煤氧化进行到这个 阶段必然发生自燃 4 燃烧初始阶段 这是煤氧复合物生成阶段到煤快速燃烧 阶段的过渡时期 煤温达 230 时 煤氧化可进行到个阶段 此 时煤的反应热为 42 243 6j g 这些热量使煤迅速上升促进了 煤的快速燃烧 5 快速燃烧阶段 这是煤自热的最后阶段 它描述了煤的 实际燃烧过程 依氧气供应充足与否 这个阶段可能发生干馏 不完全燃烧或安全燃烧 如果燃烧充分 其反应热等于煤的发 热值 2 煤的自热影响因素 2 1 煤质 煤质本身对煤自热敏感性有显著的影响 1 煤的品级 煤的品级表明了煤的变质程度 常用挥发分 含量和含煤量表示 品级低的纯煤自热热敏感性高 而且 随 着煤的品能升高其自热敏感性下降 因而 干燥褐煤最易自热 而无烟煤几乎不自热 但含有大最水分的褐煤较纯褐煤不易自 燃 2 煤的水分含量 煤中水分的含量对煤的自燃性有很大影 响 水分含量达饱和的煤 特别是在水分含量高的褐煤和次烟 煤被开采和干燥前 煤体不再吸附水分 因而不能放出润湿热 煤氧化放出的热量通常使内在水分温度升高 另一方面 自热 时的化学反应需要有少量的水分参加 低口级煤水分含量远远 大于化学反应的需要量 因而 对低品级煤来说 水分实际上 是煤自热的阻化剂 3 矿物质 煤中的矿物成分也叫灰分 它可与氧反应放热 增加煤温 而且使煤分解以增加煤与空气接触的表面积 如黄 铁矿 它可以吸收氧化反应放出的部分热量降低煤的氧化反应 进程 煤的高灰分使单位质量的氧化热降低 2 2 开采和贮运的环境因素 环境因素对煤自热的影响为 可使煤的水分含量发生变化 改变煤氧接触条件 使生产成的热量扩散 可分为 1 地质因素 断层和裂隙有利于空气和水分与煤接触 因 而散热没有明显增加 却增加了煤发生氧化的机会和水的吸附 也就是说断层和裂隙增加了煤自燃的危险性 埋藏深的煤层地 面漏风较少 采空区遗煤 特别对于厚煤层 因不能完全回采而增 中了煤的自燃危险性 2 开采因素 开采因素对煤自燃的影响主要有 2 个方面 即通风和煤破碎 没有通风或通风充分的地方 煤自燃的可能 性较低 而通风不充分地方煤自燃的可能性较大 裂隙漏风是 不充分漏分 它创造了煤进一步氧化的条件 而散热条件并未 被改善 所以 任何漏风对煤炭自燃来说都是很危险的 3 贮运因素 在贮存和运输过程中 影响煤自燃的因素要 为通风不充分和干燥的低品级煤因雨淋和喷洒水产生润湿热 3 煤炭自燃的综合防治措施 3 1 煤层自燃的预测预报 1 鉴于煤在低温氧化阶段产生 co 因此 co 是早期揭露 火灾的敏感指标 在矿井的采煤工作面回风道 综掘煤巷等有 自然发火的地点设置 co 传感器 若发现 co 浓度超限 便可采 用便携式 co 检测仪追踪监测确定高温点 2 采用红外探测法判断高温点的位置 红外探测法其基本 原理是 根据红外辐射场的理论 建立火源与火源温度场的对 应关系 从而推断出火源点的位置 3 用钻孔测温辅助监测 对顶煤破碎或有自燃危险的地点 埋设测温探头 定期监测温度变化情况 4 加强漏风检测 定期采用示踪气体法 检查顺槽漏风量 对漏风集中的区域加强观测 3 2 预防措施 1 均压通风控制漏风供氧 均压通风是控制煤层开采中采 空区等漏风的有效措施 首先 要在保证冲淡 ch4 风速 气 温和人均风量的要求下 全面施行区域性均压通风 其调压措 施包括单项调压和多项措施联合调压 具体实施中的形成的工 作面均压逐步扩大到邻近工作面采空区的区域性均压 2 喷浆堵漏钻孔灌浆 对煤层开采中的可疑地点或已出现 隐患