第二章_煤的自燃ppt
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煤化学第二章煤的的形成(共39张PPT)
（2）木质素
（ （34））蛋 脂白 类质 化合物物质；在泥炭沼泽和湖泊的水中，蛋白质分解成氨基酸、喹 啉等含氮化合物，参与成煤作用，但对煤的性质没有决定 煤化程度的概念：在褐煤向烟煤、无烟煤转化的进程中 ，由于地质条件和成煤年代的差异，使煤处于不同的转化阶段。
木质素也是植物细胞壁的主要成分，常分布在植物根、茎部的细胞壁中。 新 生 代 新近纪-古近纪（约0.
主要成分为甲烷（70%～96%）。在自然条件下，生成1吨褐
煤可产生68 m3甲烷，生成1吨肥煤、瘦煤、无烟煤分别可产
生甲烷230 m3、330 m3和400m3。
如果煤层周围的围岩不透气，在煤化作用过程中产生
的气体或被吸附在煤的孔隙中，或逐渐聚积形成煤层气田
0 0 10 20~30 20~30 20~30
20~30 20 10 0 0
第十七页，共39页。
50~80 40~50 15~20 10~15 5~10 1~7
1 8 2 5 70
5~20 10~20 8~10 3~5 5~10 1~3
2~3 5~8 25~30 90 10
1.5 煤炭的成因类型
第三页，共39页。
1.2 低等植物和高等植物的特点
低等植物：包括菌类和藻类，是由单细胞和多细胞 构成的丝状体或叶状体植物，没有根、茎、叶等器官 的分化。
高等植物：包括苔藓、蕨类、裸子植物和被子植物
。进化论认为，高等植物由低等植物长期进化而来， 构造复杂，有根、茎、叶的区别。
第四页，共39页。
低等植物——海带
包括纤维素、半纤维素及果胶质。 纤维素：是构成植物细胞壁的主要成分。纤维素的分子式 是(C6H10O5)n，具长链状结构，其分子量约为100万～200 万。纤维素一般不溶于水，在溶液中能生成胶体，容易 水解。在活的植物中，纤维素对于微生物的作用很稳定 ，但当植物死亡后，在氧化性条件下，易受微生物作用 而分解成CO2、CH4和水。在泥炭沼泽的酸性介质中，纤维 素可以分解为纤维二糖和葡萄糖等简单化合物。
（ （34））蛋 脂白 类质 化合物物质；在泥炭沼泽和湖泊的水中，蛋白质分解成氨基酸、喹 啉等含氮化合物，参与成煤作用，但对煤的性质没有决定 煤化程度的概念：在褐煤向烟煤、无烟煤转化的进程中 ，由于地质条件和成煤年代的差异，使煤处于不同的转化阶段。
木质素也是植物细胞壁的主要成分，常分布在植物根、茎部的细胞壁中。 新 生 代 新近纪-古近纪（约0.
主要成分为甲烷（70%～96%）。在自然条件下，生成1吨褐
煤可产生68 m3甲烷，生成1吨肥煤、瘦煤、无烟煤分别可产
生甲烷230 m3、330 m3和400m3。
如果煤层周围的围岩不透气，在煤化作用过程中产生
的气体或被吸附在煤的孔隙中，或逐渐聚积形成煤层气田
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5~20 10~20 8~10 3~5 5~10 1~3
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1.5 煤炭的成因类型
第三页，共39页。
1.2 低等植物和高等植物的特点
低等植物：包括菌类和藻类，是由单细胞和多细胞 构成的丝状体或叶状体植物，没有根、茎、叶等器官 的分化。
高等植物：包括苔藓、蕨类、裸子植物和被子植物
。进化论认为，高等植物由低等植物长期进化而来， 构造复杂，有根、茎、叶的区别。
第四页，共39页。
低等植物——海带
包括纤维素、半纤维素及果胶质。 纤维素：是构成植物细胞壁的主要成分。纤维素的分子式 是(C6H10O5)n，具长链状结构，其分子量约为100万～200 万。纤维素一般不溶于水，在溶液中能生成胶体，容易 水解。在活的植物中，纤维素对于微生物的作用很稳定 ，但当植物死亡后，在氧化性条件下，易受微生物作用 而分解成CO2、CH4和水。在泥炭沼泽的酸性介质中，纤维 素可以分解为纤维二糖和葡萄糖等简单化合物。
矿井灾害防治技术(第二章-火灾)
为满足上述要求，通常应采取以下技术措施：
1.合理确定开拓方式 1）尽可能采用岩石巷道； 2）分层巷道垂直重叠布置；
3）分采分掘布置区段巷道，如图2-2-2；
图2-2-1 上下区段分采同掘 l—工作面运输巷； 3 —联络巷
2 —下区段工作回风巷；
图2-2-2 上下区段分采分掘 1—工作面运输巷掘进头； 2—下区段工作面回风巷掘进头
图2-1-5 主干风路烟流逆退
3）火烟滚退，如图2-1-6所示。
图2-1-6 火烟滚退示意图
六、矿井火灾防治的技术途径
（一）外因火灾防治的技术途径 外因火灾是由外部火源引起的火灾。 预防外因火灾发生的技术途径有两个方面： 一是防止火灾产生； 二是防止已发生的火灾事故扩大，以尽量减少火灾 损失。
1．预防外因火灾产生的措施 1）防止失控的高温热源产生和存在； 2）尽量不用或少用可燃材料，不得不用时应与潜在 热源保持一定的安全距离； 3）防止产生机电火灾； 4）防止摩擦引燃：① 防止胶带摩擦起火，胶带输 送机应具有可靠的防打滑、防跑偏、超负荷保护和轴 承温升控制等综合保护系统；② 防止摩擦引燃瓦斯。 5）防止高温热源和火花与可燃物相互作用。
• 一、井下易于自燃的区域 • 二、预防自然发火的开拓开采技术措施
一、井下易于自燃的区域
采空区；煤柱；巷道顶煤；断层和地质构造附近。
二、开拓开采技术预防自然发火的措施
从防止矿井自然发火的角度出发，开拓开采技术总的要求 是：①提高回采率，减少丢煤，即减少或消除自燃的物质基础； ②限制或阻止空气流入和渗透至疏松煤体，消除自燃的供氧条 件；③将流向可燃物质的漏风，在数量上限制在不燃风量之下， 在时间上限制在自然发火期以内。
（3）根据不同燃烧物，矿井火灾可分为机电设备火 灾、火药燃烧火灾、油料火灾、坑木火灾、瓦斯燃烧 火灾和煤炭自燃火灾。
1.合理确定开拓方式 1）尽可能采用岩石巷道； 2）分层巷道垂直重叠布置；
3）分采分掘布置区段巷道，如图2-2-2；
图2-2-1 上下区段分采同掘 l—工作面运输巷； 3 —联络巷
2 —下区段工作回风巷；
图2-2-2 上下区段分采分掘 1—工作面运输巷掘进头； 2—下区段工作面回风巷掘进头
图2-1-5 主干风路烟流逆退
3）火烟滚退，如图2-1-6所示。
图2-1-6 火烟滚退示意图
六、矿井火灾防治的技术途径
（一）外因火灾防治的技术途径 外因火灾是由外部火源引起的火灾。 预防外因火灾发生的技术途径有两个方面： 一是防止火灾产生； 二是防止已发生的火灾事故扩大，以尽量减少火灾 损失。
1．预防外因火灾产生的措施 1）防止失控的高温热源产生和存在； 2）尽量不用或少用可燃材料，不得不用时应与潜在 热源保持一定的安全距离； 3）防止产生机电火灾； 4）防止摩擦引燃：① 防止胶带摩擦起火，胶带输 送机应具有可靠的防打滑、防跑偏、超负荷保护和轴 承温升控制等综合保护系统；② 防止摩擦引燃瓦斯。 5）防止高温热源和火花与可燃物相互作用。
• 一、井下易于自燃的区域 • 二、预防自然发火的开拓开采技术措施
一、井下易于自燃的区域
采空区；煤柱；巷道顶煤；断层和地质构造附近。
二、开拓开采技术预防自然发火的措施
从防止矿井自然发火的角度出发，开拓开采技术总的要求 是：①提高回采率，减少丢煤，即减少或消除自燃的物质基础； ②限制或阻止空气流入和渗透至疏松煤体，消除自燃的供氧条 件；③将流向可燃物质的漏风，在数量上限制在不燃风量之下， 在时间上限制在自然发火期以内。
（3）根据不同燃烧物，矿井火灾可分为机电设备火 灾、火药燃烧火灾、油料火灾、坑木火灾、瓦斯燃烧 火灾和煤炭自燃火灾。
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。
《矿井火灾防治》PPT课件
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33
▼分采分掘布置区段巷道。从防火角度讲， 区段平巷应分采分掘，即准备每一区段时只 掘出本区段的平巷，下区段的回风平巷等到 准备下一区段时再进行掘进。
▼推广无煤柱开采技术。将阶段大巷和采区 上（下）山设在煤层底板岩层中，采用跨越 式开采，不留大巷煤柱和上（下）山煤柱； 区段巷道采用沿空护（留）巷，取消区段煤 柱、采区区间煤柱等措施。
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22
第三节 矿井火灾预报
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23
一、矿井火灾预测预报
（一）人体感官早期发现矿井火灾
●视力感觉。煤炭氧化自燃初期，出现雾
气或巷道壁挂有平行水珠；浅部开采时，冬 季在地面钻孔或塌陷处冒水蒸气。
●气味感觉。煤炭从自热到自燃，产生煤
油味、汽油味、松节油味或焦油味等气味 。
●温度感觉。从煤炭自燃处流出的水和空
煤矿井下失控的高温热源较多，如：电火 花、爆破火焰、摩擦火花、违章吸烟、烧焊、 瓦斯煤尘爆炸等都能形成外因火灾。
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28
（二）外因火灾的预防措施
●安全设施
生产和在建矿井必须制定井上、下防火 措施；木料场、矸石山与进风井的距离不得 小于80米；矿井必须设地面消防水池和井 下消防管路；新建矿井的永久井架和井口房、 以井口为中心的联合建筑群，都必须用不燃 性材料建筑；进风井口应装设防火铁门。如 不设防火铁门，必须有防止烟火进入矿井的 安全措施。
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15
自然发火三阶段曲线
温度
燃烧
T=70℃
潜伏期
自热期
风化 燃烧期 时间
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16
（三）煤的自燃倾向性
煤炭的自燃倾向性是煤炭自燃的固有特 性，是煤炭自燃的内在因素。《煤矿安全规 程》规定，煤的自燃倾向性分为三类：Ⅰ类 为容易自燃，Ⅱ类为自燃， Ⅲ类为不易自 燃。新建矿井的所有煤层、生产矿井延深新 水平时，都必须取煤样送国家授权单位进行 自燃倾向性鉴定。
煤炭自燃条件
四、熄灭 及时发现，采取有效灭火，煤温降至燃点以下，燃烧熄灭
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:
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:
第二章 燃烧学基础
燃烧基础知识第一节燃烧的本质与条件一、燃烧的定义在国家标准《消防基本术语·第一部分》GB5907—86中将燃烧定义为：可燃物与氧化剂作用发生的放热反应，通常伴有火焰、发光和(或)发烟的现象。
燃烧应具备三个特征，即化学反应、放热和发光。
燃烧过程中的化学反应十分复杂。
可燃物质在燃烧过程中，生成了与原来完全不同的新物质。
燃烧不仅在空气(氧)存在时能发生，有的可燃物在其他氧化剂中也能发生燃烧。
二、燃烧的本质近代连锁反应理论认为：燃烧是一种游离基的连锁反应(也称链反应)，即由游离基在瞬间进行的循环连续反应。
游离基又称自由基或自由原子，是化合物或单质分子中的共价键在外界因素(如光、热)的影响下，分裂而成含有不成对电子的原子或原子基团，它们的化学活性非常强，在一般条件下是不稳定的，容易自行结合成稳定分子或与其他物质的分子反应生成新的游离基。
当反应物产生少量的活化中心——游离基时，即可发生链反应。
只要反应一经开始，就可经过许多连锁步骤自行加速发展下去(瞬间自发进行若干次)，直至反应物燃尽为止。
当活化中心全部消失(即游离基消失)时，链反应就会终止。
链反应机理大致分为链引发、链传递和链终止三个阶段。
综上所述，物质燃烧是氧化反应，而氧化反应不一定是燃烧，能被氧化的物质不一定都是能够燃烧的物质。
可燃物质的多数氧化反应不是直接进行的，而是经过一系列复杂的中间反应阶段，不是氧化整个分子，而是氧化链反应中间产物——游离基或原子。
可见，燃烧是一种极其复杂的化学反应，游离基的链反应是燃烧反应的实质，光和热是燃烧过程中发生的物理现象。
三、燃烧的条件(一)燃烧的必要条件燃烧现象十分普遍，但任何物质发生燃烧，都有一个由未燃烧状态转向燃烧状态的过程。
燃烧过程的发生和发展都必须具备以下三个必要条件，即：可燃物、助燃物(又称氧化剂)和引火源。
上述三个条件通常被称为燃烧三要素。
只有这三个要素同时具备的情况下可燃物才能够发生燃烧，无论缺少哪一个，燃烧都不能发生。
煤化学PPT课件
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32
溶剂抽提的分类
1）普通抽提： 在≤100℃温度下，用普通的低沸点有
机溶剂，如笨、氯仿和乙醇等。抽提产物小于1-2%。
2）特定抽提：抽提温度在200℃以下，采用亲核性溶
剂，如吡啶类、酚类和胺类等，抽提产物可达20-40%。
3）超临界抽提：以甲苯、异丙醇或水为溶剂在超过
临界点的条件下抽提煤。抽提温度一般在400℃左右。抽 提率可达30%以上。
Hale Waihona Puke 煤自燃的影响因素和预防 煤的高温燃烧
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煤的其他化学性质
煤的加氢化学反应； 煤的磺化化学反应；
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30
第三章 煤有机质的化学结构
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31
煤的特性：复杂性；多样性；不均一性。
不象其他有机化合物一样，不存在统一的结构
煤化学结构的研究方法：
①物理研究方法—红外光谱、X射线衍射、核磁共振、 密度、折射率 ②物理化学研究方法─如溶剂抽提和吸附性能 ③化学研究方法─氧化、加氢、解聚、烷基化、热解和 官能团分析等
无原始植物
有亮暗相间 的条带
易着火,有烟 易着火,有烟 多烟
多
较多
少
很低
低
较高
无烟煤
灰黑色 有金属光泽
无明显条带
难着火,无烟 较少 高
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6
二.煤的生成
(一)植物的族组成 1.糖类及其衍生物
• 纤维素半纤维素果胶：分子结构和元素组成？ • 木质素：分子结构和元素组成？ • 蛋白质：分子结构和元素组成？ • 脂类化合物(脂肪、树脂、树蜡)
2）物理性质：风化煤的强度和硬度降低，吸 湿性增大；
燃料及其燃烧特性
第三节 煤的成分的计算基准
为什么要明确分析数据的基准： C、H、O、N、S的绝对含量不变, W和A会随开采、运输、贮存、气候等变化而变化 各组成成分的质量百分数发生变化
四种分析基准
收 到 基 空 气 干 燥 基 干 燥 基 干 燥 无 灰 基
1、收到基（原应用基）：以进入锅炉房准备燃烧的燃料为 分析基准 收到基成分： Car H ar Oar N ar S ar Aar M ar 100% 用于燃烧、传热、通风、和热工实验的计算 2、空气干燥基（原分析基）：以实验室条件 t 20 1 C
结渣与玷污之间是相互影响的：当玷污层达到一定程度时，灰污层 外边面温度上升，并逐步转化为液体渣层。由于炉内受热面吸热量下降， 炉膛出口的烟气温度上升，使过热器和再热器玷污加重 1、煤灰结渣性的常规判别准则 一般将软化温度ST作为煤种结渣性判别指标 ST〉1390 ℃为轻微结渣煤 ST=1260~1390 ℃为中等结渣煤 ST〈1260 ℃为严重结渣煤 用煤灰成分比例也可以进行煤种结渣性的辅助判别 （1）碱酸比（B/A）
2.811 2 a 90365F , kg / cm y
对高钙型灰，当煤灰中Fe2O3〈（CaO+MgO+Na2O+K2O）时，
a 2.78102.541Na O , kg / cm2
2
第六节 煤的分类
一、我国煤的分类 以Vdaf为分类指标： 无烟煤
Vdaf 10%
烟煤
褐煤 无烟煤的分类：表2-4
10% Vdaf 37%
Vdaf 37%
烟煤的分类：表2-5
褐煤的分类：表2-6
二、发电厂用煤质量标准
当发电厂用煤标号为V4A1M1S2ST1时，表示中高挥发分烟煤， Vdaf=27%~40%，Qnet〉15.5MJ/kg，常灰分，Ad≤24%，常水分， Mf≤8%，中高硫份，St,d=1%~3%，ST>1350，为不易结渣煤 三、发电厂煤的分类及燃烧特性 1、无烟煤 （1）灰黑色、有金属光泽、坚硬、不易研磨 （2）煤化程度最高，Cdaf可达95~98%； Qnet,daf=20930~25120KJ/kg （3）着火相当困难.不易燃尽烧透，燃烧时无烟、很短的青蓝色火焰 焦渣呈粉末状、无粘结性 （4）不会自燃、储存稳定 （5）储存仅次于烟煤，生产于华北、西北、中南 2、贫煤 （1）煤化程度低于无烟煤 （2）Vdaf>10~20%，Q介于无烟煤和一般烟煤之间 （3）较烟煤难着火、燃烧；火焰短 ；焦结性差
煤粉自燃、爆炸知识与预防讲解
原煤自燃的影响因素。
3、水份影响
煤堆中一定量的水份促使煤中的各种反应的进行，如硫份的酸化，产生的热量又加快了氧 化反应过程，加剧了煤的自燃。
4、气温气压的影响
煤堆的自燃经常发生在秋后大气温度下降时，此季节大气密度比煤堆的空气密度大，因此， 渗入煤堆的空气量增大，导致自燃加剧。一般来说，大气温度降低，密度变大，渗入煤堆 内的新鲜空气量增加，煤堆的自燃加快，反之亦然。
必要因素
可控因素
禁止因素
煤粉特性
影响煤粉爆炸的因素
车间内煤尘爆炸的重点区域
煤粉爆炸的后果
煤粉爆炸的后果
人员伤亡 设备损坏 引发大面积火灾 建筑物倒塌
降低现场煤粉浓度的有效防范措施： 在生产过程中必须打开除尘设备，并定期进行维护保养。除尘
设备在降低空气中煤尘浓度的同时也保证了岗位人员的身体健 康！！！
输煤系统常见的爆炸部位
防止煤堆自燃的措施
防止煤堆自燃现象的主要途径是隔绝空气、水份与煤碳的接触，防止温度或水份 过度积聚，并采取测温、喷水降温等预防措施。
★堆煤方位应尽量避开阳光的直接照射。 ★煤堆的场地以水泥地面最为理想，地面不宜铺垫空隙度较大的炉渣等物，以防空气由此 进入煤堆而增加自燃的危险。 ★尽量在较低的温度下贮存煤炭，避开中午烈日下进行堆煤，以减少热量的携带。 ★煤堆形状以屋脊式为佳，以减少阳光照射及雨水渗入。堆煤角度控制在40～45°，顶部 平齐。 ★煤堆的存放时间不宜过长，尽量不要超过煤的自燃发火期一般为二至三个月。 ★煤堆旁应布置足够的水喷淋装置，以便煤堆自燃或表面温度异常上升时降温。应该强调， 采用水喷淋降温是防止煤堆自燃的下策，如果喷水量不足，可能起到适得其反的作用。
煤场，是主要的原煤堆积区域， 同时也是煤粉聚集的位置，煤 场处于封闭状态，在氧气合适 情况下，引爆的火源主要是配 电箱电气打火、动火作业、转 动机械高温以及煤堆自燃。
项目二 煤 炭 自 然 发 火
1、预报煤炭自燃发火的指标气体 指标气体：用仪器分析和检测煤自燃过程中释 放出的气体产物来预报火灾，能反映煤炭自热初级 阶段特征的、用来作为自然发火早期预报的气体。 指标气体必须具备的条件： 此种气体为煤炭氧化生成，而不是煤层中含有和解 析的物质 灵敏性 规律性 可测性 若正常时大气中含有微量的指标气体，则一定要确 定预报的临界指标。
2）增加散热强度，抑制升温速度 煤的升温速度取决于生热量与散热量之比，两者 比值小，则升温速度越慢；反之则升温速度越快。 增加散热途径和散热强度的方法有： 增加遗煤分散度 增加通风强度 增加煤体湿度
二、矿井自然发火等级的确定
《矿井防灭火规范》规定：凡开采自燃煤层的矿 井均属于自燃矿井（或称自然发火矿井）。自燃矿 井按自然发火的危险程度分为四级进行管理。 矿井的自燃危险等级划分如下：
3、三级自燃矿井。 凡符合下列条件之一者，定为三级自燃矿井： (1) 百万吨发火率超过1次； (2)煤层自然发火期小于3个月； (3)百万吨发火率超过0.5次、且自然发火期小于12 个月的下列矿井： ①高瓦斯矿井； ②突出矿井； ③开采厚及特厚煤层的矿井； ④开采急倾斜中厚煤层的矿井； ⑤煤层自然倾向性为Ⅲ级，煤尘爆炸指数在10％以 上的矿井。
2、预报煤炭自燃的参数指标 1）一氧化碳（CO） （1）CO浓度 优点：应用简单。 缺点：CO浓度受风量影响较大，所采用CO浓度 预报自然发火时，要求采样点的风量基本保持不变， 否则难以使用检测结果来判断。 （2）CO的绝对生成量 自然发火系数：CO的绝对生成量，用H表示。 当进风流中CO的含量为零时，只可用下式计算：
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
我国煤矿火灾防治PPT培训课件
➢ 人工检测 利用人工方法，定期在需要检测的地点
进行人工采样、地面色谱分析。用实验分 析结果作相应的图、表，从而判断煤自然 发火趋势。 ➢ 束管监测系统
利用束管监测系统，自动地、连续地对 重点需监视的地点进行监测，计算机自动 采集、记录、处理有关数据，从而判断煤 2． 争端的解决
（5）中标人在规定的期限内未能签订合同。
➢ CO 苯、酚及 1．走姿
10、确定成交候选人 27.3 本合同第27.1条款所列举的任何文件，除了合同本身以外，均应属于是买方的财产。当买方提出要求时，卖方在履行合同后应将
➢ H 、H 系数 传统的可燃 上述文件退还给买方。
1 2 10.1 卖方应保证合同项下所供货物是全新的、未使用过的，技术水平是先进的、成熟的，并完全符合合同规定的数量、质量、工艺、
➢ 用量大 ➢ 对无机盐类阻化剂，其阻化率相对较低 ➢ 对于其它类型的阻化剂： ▪ 与水的相容性较差，影响阻化效果 ▪ 成本高，不利于大面积推广应用
✓ 阻化剂研究的发展方向
➢ 基于表面化学原理、纳米技术，研制层 状无机物纳米复合阻化材料，其优点表现 在：
▪ 用量较小
▪ 亲水性好
▪ 与煤中大分子表面接触好，提高了阻化 效果
2002年12月8日，吉林万宝煤矿（省属 国有地方煤矿）绞车房火灾事故，造成 井下30名矿工遇难。
2002年10月29日广西南宁市二塘煤矿 （国有地方）井下4采区变电所变压器着 火，引燃相邻木支架，火区长度70米。 当时井下共有作业人员35人，其中30遇 难。
2004年11月28日,陕西省铜川矿务局陈 家山煤矿发生了因煤自燃而引发的瓦斯 爆炸事故,造成166人遇难。
按发火地点对矿井通风的影响分 ✓ 上行风流火灾 ✓ 下行风流火灾
进行人工采样、地面色谱分析。用实验分 析结果作相应的图、表，从而判断煤自然 发火趋势。 ➢ 束管监测系统
利用束管监测系统，自动地、连续地对 重点需监视的地点进行监测，计算机自动 采集、记录、处理有关数据，从而判断煤 2． 争端的解决
（5）中标人在规定的期限内未能签订合同。
➢ CO 苯、酚及 1．走姿
10、确定成交候选人 27.3 本合同第27.1条款所列举的任何文件，除了合同本身以外，均应属于是买方的财产。当买方提出要求时，卖方在履行合同后应将
➢ H 、H 系数 传统的可燃 上述文件退还给买方。
1 2 10.1 卖方应保证合同项下所供货物是全新的、未使用过的，技术水平是先进的、成熟的，并完全符合合同规定的数量、质量、工艺、
➢ 用量大 ➢ 对无机盐类阻化剂，其阻化率相对较低 ➢ 对于其它类型的阻化剂： ▪ 与水的相容性较差，影响阻化效果 ▪ 成本高，不利于大面积推广应用
✓ 阻化剂研究的发展方向
➢ 基于表面化学原理、纳米技术，研制层 状无机物纳米复合阻化材料，其优点表现 在：
▪ 用量较小
▪ 亲水性好
▪ 与煤中大分子表面接触好，提高了阻化 效果
2002年12月8日，吉林万宝煤矿（省属 国有地方煤矿）绞车房火灾事故，造成 井下30名矿工遇难。
2002年10月29日广西南宁市二塘煤矿 （国有地方）井下4采区变电所变压器着 火，引燃相邻木支架，火区长度70米。 当时井下共有作业人员35人，其中30遇 难。
2004年11月28日,陕西省铜川矿务局陈 家山煤矿发生了因煤自燃而引发的瓦斯 爆炸事故,造成166人遇难。
按发火地点对矿井通风的影响分 ✓ 上行风流火灾 ✓ 下行风流火灾
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学说
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2020/4/7
第二章 煤的自燃
1.2.4 煤氧复合作用学说
煤的自燃主要参与物一个是煤，一个是氧。 低温氧化过程的持续发展使得反应过程的自身加速作 用增大，最后如果生成的热量不能及时放散，从而就会引 起自热阶段的开始。
煤氧复合学说存在的问题是：煤氧复合最初的导因是
什么，煤氧复合过程如何，各种临界参数如何测定，低温
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第二章 煤的自燃
1.2.1黄铁矿作用学说
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。
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2020/4/7
第二章 煤的自燃
1.2.1 黄铁矿作用学说
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 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。
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2020/4/7
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内在因素
5） 煤的粒度
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
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2020/4/7
第二章 煤的自燃
细菌→煤体发酵→氧化产热→煤自燃
细菌
学说 外力→裂隙→分子链中共价
键断裂→自由基→自由基与
黄铁矿+空气中的水份+氧气
氧作用→煤自燃
黄铁矿 学说
煤自燃 学说
自由基 学说
黄铁矿易氧化→体积增大 →对煤体胀裂作用→比表 面积增大→煤的氧化增加
煤氧复合 煤+氧
➢ 即 V＝V1τ-H ；
➢吸氧速度常数V与煤自身温度之间符合幂函数关系；
➢煤在氮气中加热后再冷却可使它的活性增加，并有重新恢复到原 有活性的可能；
➢吸氧速度常数V与粒度之间成复杂关系；
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2020/4/7
第二章 煤的自燃
2 煤的自燃发展过程
2.2煤炭自燃条件
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。
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2020/4/7
第二章 煤的自燃
2.3 煤的自燃发展过程
２）自热阶段：
煤和木材着火温度（氧含量21%）
材质 褐煤、木材
烟煤 贫瘦煤、无烟煤
着火温度（℃） 250
300~350 650~800
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2020/4/7
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。
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。
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2020/4/7
第二章 煤的自燃
3 煤的自燃倾向性鉴定方法与分类
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煤的吸氧量与湿度之间的关系
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2020/4/7
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内在因素
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2020/4/7
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内在因素
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。
(2)有较好的蓄热条件。
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第二章 煤的自燃
2 煤的自燃发展过程
2.2煤炭自燃条件
(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。
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
阶段热效应如何测定，如何确定煤最短自然发火期，氧如
何在煤中运输，其动力何在，过程如何。
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第二章 煤的自燃
2 煤的自燃发展过程
2.1煤的氧化特性
➢所有品种煤在常温下都吸氧，但吸氧速度不同；
➢煤的吸氧速度与所在空气中的氧浓度成正比，即 dm/dτ＝VＣ ➢在温度不变条件下，吸氧速度常数随时间按指数规律衰减，
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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2020/4/7
第二章 煤的自燃
1.2.4 煤氧复合作用学说
主讲教师：潘荣锟 博士 河南理工大学
Email: prk2008@
2020/4/7
第二章 煤的自燃机理
2020/4/7
第二章 煤的自燃
a 煤的自燃前期过程是如何开始的？ b 煤的自燃温度是怎样提高到发生化学氧化反 应所必需的温度？
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2020/4/7
第二章
1 煤的自燃学说
生化的放热过程。在30℃以下是亲氧的真菌和放线菌起主
导作用。使泥煤的自热提高到60~70℃是由于故线菌作用
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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2020/4/7
第二章 煤的自燃
1.2.3 酚基作用学说
1940年苏联学者特龙诺夫(E．B．TponoB)提出：煤 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。
燃烧阶段 风化阶段
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2020/4/7
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内在因素
1） 煤的变质程度
各种煤部有发生自燃的可能，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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2020/4/7
第二章 煤的自燃
2.3 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 气起至煤温开始升高止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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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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2020/4/7
第二章 煤的自燃
3 煤的自燃倾向性鉴定方法与分类 3.2 煤层自燃的外在影响因素
煤炭自燃倾向性是煤的一种自然属性。实验证明，它 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。然而在现实生产中，一个煤层或矿井自然发火的危险 程度并不完全取决于煤的自燃倾向性，在一定程度上还受 煤层的地质赋存条件、开拓、开采和通风条件的影响。
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2020/4/7
第二章 煤的自燃
1.2.1 细菌作用学说
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
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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第二章 煤的自燃
1.2.4 煤氧复合作用学说
煤的自燃主要参与物一个是煤，一个是氧。 低温氧化过程的持续发展使得反应过程的自身加速作 用增大，最后如果生成的热量不能及时放散，从而就会引 起自热阶段的开始。
煤氧复合学说存在的问题是：煤氧复合最初的导因是
什么，煤氧复合过程如何，各种临界参数如何测定，低温
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第二章 煤的自燃
1.2.1黄铁矿作用学说
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。
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第二章 煤的自燃
1.2.1 黄铁矿作用学说
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 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。
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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内在因素
5） 煤的粒度
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
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第二章 煤的自燃
细菌→煤体发酵→氧化产热→煤自燃
细菌
学说 外力→裂隙→分子链中共价
键断裂→自由基→自由基与
黄铁矿+空气中的水份+氧气
氧作用→煤自燃
黄铁矿 学说
煤自燃 学说
自由基 学说
黄铁矿易氧化→体积增大 →对煤体胀裂作用→比表 面积增大→煤的氧化增加
煤氧复合 煤+氧
➢ 即 V＝V1τ-H ；
➢吸氧速度常数V与煤自身温度之间符合幂函数关系；
➢煤在氮气中加热后再冷却可使它的活性增加，并有重新恢复到原 有活性的可能；
➢吸氧速度常数V与粒度之间成复杂关系；
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第二章 煤的自燃
2 煤的自燃发展过程
2.2煤炭自燃条件
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。
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第二章 煤的自燃
2.3 煤的自燃发展过程
２）自热阶段：
煤和木材着火温度（氧含量21%）
材质 褐煤、木材
烟煤 贫瘦煤、无烟煤
着火温度（℃） 250
300~350 650~800
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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。
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。
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3.1 影响煤的自燃倾向性的内在因素
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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内在因素
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。
(2)有较好的蓄热条件。
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第二章 煤的自燃
2 煤的自燃发展过程
2.2煤炭自燃条件
(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。
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
阶段热效应如何测定，如何确定煤最短自然发火期，氧如
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第二章 煤的自燃
2 煤的自燃发展过程
2.1煤的氧化特性
➢所有品种煤在常温下都吸氧，但吸氧速度不同；
➢煤的吸氧速度与所在空气中的氧浓度成正比，即 dm/dτ＝VＣ ➢在温度不变条件下，吸氧速度常数随时间按指数规律衰减，
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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1.2.4 煤氧复合作用学说
主讲教师：潘荣锟 博士 河南理工大学
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第二章 煤的自燃机理
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第二章 煤的自燃
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第二章
1 煤的自燃学说
生化的放热过程。在30℃以下是亲氧的真菌和放线菌起主
导作用。使泥煤的自热提高到60~70℃是由于故线菌作用
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 煤的自燃
1.2.3 酚基作用学说
1940年苏联学者特龙诺夫(E．B．TponoB)提出：煤 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。
燃烧阶段 风化阶段
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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内在因素
1） 煤的变质程度
各种煤部有发生自燃的可能，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 煤的自燃
2.3 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 气起至煤温开始升高止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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第二章 煤的自燃
3 煤的自燃倾向性鉴定方法与分类 3.2 煤层自燃的外在影响因素
煤炭自燃倾向性是煤的一种自然属性。实验证明，它 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。然而在现实生产中，一个煤层或矿井自然发火的危险 程度并不完全取决于煤的自燃倾向性，在一定程度上还受 煤层的地质赋存条件、开拓、开采和通风条件的影响。
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第二章 煤的自燃
1.2.1 细菌作用学说
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
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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