第二章 煤的自燃

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第二章
1.2.1黄铁矿作用学说
煤的自燃
以上的化学反应都是放热反应(Q1、Q2、Q3代表一定 的热量)，而且，黄铁矿在井下潮湿的环境里被氧化产生 SO2、CO2、CO、H2S等气体，也都是放热反应。
黄铁矿的另一个作用：促使煤体氧化的物理作用，即
黄铁矿氧化时体积增大，对煤体具有胀裂作用，能够使煤 体裂隙扩大和增多，与空气的接触面积增加，因而导致氧 气渗入，促使煤的氧化。
３.1 影响煤的自燃倾向性的因素
1） 煤的变质程度
各种煤都有发生自燃的可能，但是在褐煤矿井，煤化程度低的
一些煤层自然发火次数要多得多。烟煤矿井以开采煤化程度最低的 长焰煤和气煤自燃的危险性较大，贫煤就较小。在煤化程度高的无 烟煤矿井自燃火灾较为少见。所以可以认为：煤化程度愈高的煤自 燃倾向性愈小。但是决不能以煤的煤化程度作为判定自燃倾向性大 小的唯一标志。因为生产实践中人们发现，煤化程度相同的煤有的 具有自燃特性，有的就不自燃。
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第二章
2 煤的自燃发展过程 2.1煤炭自燃条件
煤的自燃
煤炭自燃的必要充分条件是：
(1)有自燃倾向性的煤被开采后呈破碎状态，堆积厚度 一般要大于0.4m。
(2)有较好的蓄热条件。
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2 煤的自燃发展过程 2.1煤炭自燃条件
煤，易于氧化，着火温度值降低的幅度较大。自燃倾向性
小的煤，着火温度值降低较小。因此可用氧化前后着火温
度差△T作为表示煤的自燃倾向性的指标。
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煤的自燃
3 煤的自燃倾向性鉴定方法与分类
这种方法需测三种煤样（原煤样、还原煤样和氧化煤样）的着火温度，即T 原、T还，和T氧，三种煤样（粒度在0.15mm以下）的配制方法如下： 原煤样： 煤样：亚硝酸钠（NaNO2）＝1：0.75（重量比） 还原煤样： 煤样：亚硝酸钠：联苯胺（NH 2COH4NH2）=1：0.75：0.025（重量比） 氧化煤样： 取lmg煤样与浓度为30％的双氧水（H2O2）0.5mL混合密封，放置于暗处氧 化24h，然后再暴露于空气中2h，使双氧水蒸发，最后置放于温度为50℃的真空 干燥箱内，经干燥后的煤样与亚硝酸钠（NaNO2）按1：0.75（重量比）配制即 得氧化煤样。
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2.2 煤的自燃发展过程
２）自热阶段：
煤的自燃
温度开始升高起至其温度达到燃点的过程叫自热阶段。 温度自动升高的过程。其特点是：①氧化放热较大，煤温
自热过程是煤氧化反应自动加速、氧化生成热量逐渐积累、
及其环境(风、水、煤壁)温度升高；②产生CO、CO2和
碳氢(CmHn)类气体产物，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；④微观结构发生变化。
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1.2.1 细菌作用学说
煤的自燃
英国学者帕特尔(Potter.M.C) 认为在细菌的作用下， 煤在发酵过程中放出一定热量对煤的自燃起了决定性的作 用。 波兰学者杜博依斯(Dubois．R)等人在考查泥煤的自 热与自燃时指出：当微生物极度增长时，一般都伴有一个 生化的放热过程。在30℃以下是亲氧的真菌和放线菌起主
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煤的自燃
3 煤的自燃倾向性鉴定方法与分类
３.2 煤的自燃倾向性鉴定方法 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。 目前常用测定煤的自燃倾向性的方法有： 1）着火温度降低值测定法 3）重量测定方法 2）吸氧量测定法
因是由于煤化程度较低而引起的。因为在波兰自然发火较
多的煤均是煤化程度较低而硫化铁含量较高的煤。 英国学者温米尔(Winmill.T.F)通过实验证实，在不自
燃的煤中加入30％的黄铁矿即可变为具有自燃倾向性的煤。
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1.2.1黄铁矿作用学说
煤的自燃
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5） 煤的粒度
煤的自燃
3 煤的自燃倾向性鉴定方法与分类
３.1 影响煤的自燃倾向性的因素
完整的煤体一般不会发生自燃，一旦受压破裂，呈破碎状态存 在，其自燃性能将显著提高。这是因为破碎的煤炭不仅与氧相接触 的表面积增大，而且着火温度明显降低。根据波兰的试验，当烟煤 粒度直径为1.5—2mm时，其着火点温度大多在330—360℃；粒度 直径小于1mm以下时，着火温度可能低到190－220℃。因此，在矿 井里最易发生自燃火源的地方都是碎煤与煤粉集中堆积的地点，如 采空区的四周边缘地带，特别是工作面运煤巷链板运输机尾煤粉堆 集的地方，受压破裂的煤柱和垮塌的煤壁，充满煤粉与碎煤的煤壁 裂隙以及煤巷局部冒高，在棚梁上形成浮煤堆积的地方。
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1.2.4 煤氧复合作用学说
煤的自燃
1870年瑞克特(Rachta n．H)经过实验得出；一昼夜里
每1g煤的吸氧量为0.1~0.5ml，而褐煤为0.12ml。
1945年姜内斯(Jone s E．R)提出：在空气中，在常温
下烟煤的吸氧量可达0.4ml／g。 六十年代抚顺煤研所曾以煤的吸氧量作为区别煤的自 燃倾向性大小的指标。通过大量煤样分析，确定了100g煤 样在30℃的条件下经96h吸氧量小于200m1时属于不自燃 的，超过300m1时属于易自燃的煤。这也说明，在低温时， 煤的吸氧量愈大，愈易自燃。
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第二章
煤的自燃
3 煤的自燃倾向性鉴定方法与分类
３.2 煤的自燃倾向性鉴定方法 1） 着火 温度 降低 值测 定法
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4
1-加热器; 2-煤样管; 3-温度计; 4-集气管; 5-水槽; 6-三通阀 图2-2 煤炭自燃倾向性测量示意图
黄铁矿作用学说认为煤的自燃是由煤层中的黄铁矿 （FeS2）与空气中的水份和氧相互作用、发生热反应而引 起的。
2FeS2 + 2H2O + 7O2—2FeSO4 + 2H2SO4+Q1
12FeSO 4 + 6H2O + 3O2—4Fe 2(SO4)3 + 4Fe(OH)3 + Q2
FeS2 + Fe2(SO4)2 + 3O2 + 2H2O—3FeSO 4 + 2H2SO4 + Q 3
３）自燃阶段：
煤温达到其自燃点后，若外界条件发生变化，温度将 降下来，则进入风化状态，若能得到充分的供氧风，则发 生燃烧，出现明火、烟雾、一氧化碳、二氧化碳以及各种 可燃气体。
4）熄灭：降到燃点以下。
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第二章
煤的自燃
3 煤的自燃倾向性鉴定方法与分类
硫以及硫酸盐。对煤的自燃起主导作用的是硫化铁，它的比热小， 它与煤吸附相同的氧量而温度的增值比煤大三倍，黄铁矿的分解产 物氧化(Fe2O3)比煤的吸氧性更强，能将吸附的氧(O2)转让给煤粒 使之发生自燃，所以认为黄铁矿对煤的自燃过程起加速的作用。
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2013-Leabharlann Baidu-18
在组成煤炭的四种煤岩成份中，暗煤硬度也最大，占比重最大， 难以自燃。镜煤与亮煤脆性大、易破裂，而且在其次生的裂隙中常 常充填有黄铁矿，开采中局碎裂为微细的颗粒。细粒状的煤粒或黄 铁矿都有较高的自燃性，因它的氧化接触面积大，着火温度低。丝
煤结构松散，着火点温度低，仅为190－270℃，正是由于它的微孔
导作用。使泥煤的自热提高到60~70℃是由于放线菌作用
的结果。在60~65℃时，亲氧真菌死亡，嗜热细菌开始发 展，在72~75℃时所有的生化过程均将消亡。
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第二章
1.2.3 酚基作用学说
煤的自燃
1940年苏联学者特龙诺夫(E．B．TponoB)提出：煤
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第二章
2.2 煤的自燃发展过程
２）自热阶段：
煤的自燃
煤和木材着火温度（氧含量21%）
材质
褐煤、木材 烟煤
着火温度（℃）
250 300~350
贫瘦煤、无烟煤
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650~800
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第二章
煤的自燃
在自热阶段，若改变了散热条件，使散热大于生热； 或限制供风，使氧浓度降低至不能满足氧化需要，则自热 的煤温度降低到常温，称之为风化。风化后煤的物理化学 性质发生变化，失去活性，不会再发生自燃。
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第二章
煤的自燃
3 煤的自燃倾向性鉴定方法与分类
煤的吸氧量与湿度之间的关系
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第二章
煤的自燃
3 煤的自燃倾向性鉴定方法与分类
３.1 影响煤的自燃倾向性的因素 3） 煤岩成份
按煤岩成份可将煤的类型分为：暗煤、亮煤、镜煤、丝煤
4）氧化速度测定法（又称双氧水法）
5）差热分析法
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第二章
煤的自燃
3 煤的自燃倾向性鉴定方法与分类
３.2 煤的自燃倾向性鉴定方法 1）着火温度降低值测定法 处于自燃潜伏期的煤，在常温条件下，吸氧后的着火 温度有不同程度的降低。在同一条件下，自燃倾向性大的
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2.2 煤的自燃发展过程
１）潜伏（自燃准备）期：
自煤层被开采、接触空气起
煤的自燃
至煤温开始升高的时间区间
称之为潜伏期。在潜伏期， 煤与氧的作用是以物理吸附 为主，放热很小，无宏观效 应；经过潜伏期后煤的燃点
降低，表面的颜色变暗。
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煤自燃发展过程
煤的自燃
(3)有适量的通风供氧。通风是维持较高氧浓度的必
要条件，是保证氧化反应自动加速的前提。实验表明:氧 浓度＞15％时，煤炭氧化方可较快进行。 (4)上述三个条件共存的时间大于煤的自燃发火期。 上述四个条件缺一不可，前三个条件是煤炭自燃的必要条
件，最后一个条件是充分条件。
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的自热是由于煤体内不饱和的酚基化合物强烈地吸附空气
中的氧，同时放出一定量的热量造成的。
这个学者提出的基点是建立在对各种煤体中的有机化
合物进行实验后，发现酚基类是最易氧化的。不仅在纯氧 中可以氧化，而且与其它氧化剂接触时也可以发生作用。 所以他认为正是空气中的氧与煤体内的酚基类化合物作用 而导致自燃。
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第二章
煤的自燃
3 煤的自燃倾向性鉴定方法与分类
３.1 影响煤的自燃倾向性的因素 2） 煤的水份
煤的含水量是影响其氧化进程的重要因素，在煤的自
热阶段，由于水份的生成与蒸发必然消耗相当的热量。煤
体中外在水份没有全部蒸发之前温度很难上升到100℃，
这就是水份含量大的煤炭难以自燃的原因。 一定含量的水份有利于煤的自燃，而湿度过大，则会 抑制煤的自燃。
松散结构决定了它的吸氧性能特强。
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第二章
煤的自燃
3 煤的自燃倾向性鉴定方法与分类
３.1 影响煤的自燃倾向性的因素 4） 煤的含硫量
我国许多高硫矿区如贵州的六枝，四川的中梁山、江西的萍 乡、英岗岭，湖南的杨梅山，宁夏的石炭井均为自燃发火比较严重
的矿区。硫在煤中有三种存在形式：硫化铁即黄铁矿(FeS2)、有机
第二章
1 煤的自燃学说
1.1 自燃的含义
煤的自燃
可燃物质受热升温而不需明火作用就能自行燃烧的 现象。这里指的是广义的自燃，包括本身自燃和受热自 燃(加热自燃）。
煤自燃是煤自身氧化升温引起的燃烧现象。
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第二章
1 煤的自燃学说
1.2 煤自燃的学说种类
煤的自燃
主要的有黄铁矿作用学说、细菌作用学说、酚基作用 学说以及煤氧化复合作用学说等
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第二章
1.2.1 黄铁矿作用学说
煤的自燃
波兰学者奥尔萍斯基(Olpinsi.W)对波兰烟煤的考查表 明，只有当煤中硫铁矿含量较高时（大于1.5％），才具
有自燃倾向性。但是他认为这类煤的自燃倾向性增高的原
1-加热器; 2-煤样管; 36-三通阀 7-梳形管; 8-联结管; 9-吸气球; 温度计;; 4-集气管; 5-水槽;变阻器 10-铜恒温器; ;11-变阻器 7-梳形管; 8-联结管; 9-吸气球 10-铜恒温器 11-