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煤炭自然发火专题论文

第一节煤炭自燃发火的条件及过程

煤炭自燃是一种自然现象。早在数百万年之前就已发生,例

如大同和陕北的侏罗纪煤层中有早前(距今大约200万年)自燃

形成的火烧区,现今新疆的每天仍有煤层在自燃。

我国是煤炭自然发火比较严重的国家,据2002年的统计,

我国国有重点煤矿中有自然发火的矿井占51.3%,自然发火占矿

井总火灾的90%以上。自然发火危险矿井几乎在所有矿区都存在,

以自燃破坏的煤炭资源,每年造成的经济损失达数亿元,仅1999

年全国共有87个大中型矿井,因自然发火封闭火区315处,不

但造成了严重的煤炭资源浪费,而且威胁着井下作业人员的人身

安全。

自20世纪60年代以来,煤炭自然的相关理论研究、实验和

综合防治技术取得了显著成就,注入均压、注浆、阻化剂、凝胶、

注氮等防灭火技术已成功地得到了应用,自燃火灾发生率明显下

降。研究和掌握煤炭自然发火的条件、过程和规律,对防治自然

发火有着重要的意义。

矿井火灾事故,特别是自然发火事故,对煤矿安全生产的危

害在某种意义上说并不亚于瓦斯、煤尘爆炸事故。煤炭自然发火

与外因火灾相比,具有发生、发展缓慢并有规律的演变过程,可

在它形成的初期发现。

一、煤炭自燃的条件

实践证明,煤炭自燃必须具备以下四个条件:

(1)煤有自然倾向性并呈破碎堆积状态存在;

(2)适量通风供氧;

(3)良好的蓄热环境;

上述四个条件却以不可。

煤的自然倾向性取决于煤的物理化学性质,它表示煤与氧的

相互作用的能力。煤破碎以后,大大增加了单位体积内的外在表

面积,与氧气的接触面积增大,氧化能力增强;堆积的破碎煤炭

(一般认为堆积厚度大于0.4m)氧化产生的热量不容易散失,

使煤炭的温度逐渐升高,自燃进程加快。

氧是煤自燃的重要因素,连续的供氧才能使氧化继续进行下

去。当空气中氧含量低于10%时具有窒息性;当空气中氧含量低

于15%时,可以预防自然发火。正是这个原因。采空区内并不是

每个地方都会形成自然发火的。

良好的蓄热环境才能使氧化生热不断积聚。空气流动速度的

大小是氧化热量能否积聚的重要条件。在采空区内如果风流速度

太大,热量则不能积聚,不一形成煤炭自燃。如果风流速度过低,

则会供氧不足,氧化非常缓慢,也不能形成自燃。煤炭自然都是

在风速比较适中的情况下发生的。

维持煤的氧化过程不断发展的时间也是形成煤炭自燃的重

要条件,这个时间大于煤的自燃发火期。

大量事实说明,只要同时具备上述四个条件,煤炭自然发火

即可发生。但实际中很难找出某两次煤炭自然发火的发生条件是

完全相同的。这样,对没煤炭自然发火的条件就很难做出定量分

析。

煤炭自燃经常发生的地点有:有大量遗煤而未及时封闭或封

闭不严的采空区(特别是踩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。

二、煤炭自燃的过程

从17世纪开始,人们就开始探索煤炭自燃机理,这是各世

界各主要产煤国共同关注的问题。不少学者对此作了不懈的努力

和探索,并提出了许多假说。主要有黄铁矿作用学说、细菌作用

学说、酚基作用学说、煤氧复合作用学说等。目前,煤氧复合作

用学说已被较多的人们所接受,该学说认为:煤在常温下即已吸

收了空气中的氧而发生氧化作用,开始时是在煤的表面生成不稳

定的初级氧化物。先是氢气氢气氧化生成烃基(OH),其次是碳

氢氧化生成俊基(COOH),然后再生成一氧化碳CO。在此过程

中同时放出少量的热。随着热量的积聚,煤与氧之间的相互作用

也加速。的那个氧原子浸入氧分子的深部后即生成较为复杂的碳

氢化合物。先前生成的不稳定化合物即行分解,产生水蒸气、一

氧化碳CO、二氧化碳CO等。在这一过程中,随同生成大量的

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热(占氧化作用中全部热量的60%~70%)。热量的积聚使煤的

自燃作用加速,当温度升高到煤的着火点时,便由自热作用进入

自燃。

煤的破碎增加了单位体积内煤的外在表面积,从而直接提高

了氧化程度;随着渗透速度的提高,积聚在煤内的氧气浓度也开

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