煤炭自燃机理及防治技术分类研究

煤炭自燃机理及防治技术分类研究3

牛会永1　张辛亥2

(1.湖南科技大学能源学院　湖南湘潭411201;　2.西安科技大学能源学院　西安710054)

摘　要　通过分析国内外学者对煤自燃机理的不同说法,提出了煤自燃过程的3个阶段,即潜伏阶段、自热阶段和自燃阶段,指出煤体要发生自燃必须具备4个条件:具有低温氧化性并以破碎的状态存在,有氧体积分数大于12%的空气连续通过,煤炭氧化所生成热量的速度大于散热的速度,上述3个条件同时存在的时间大于煤炭最短自然发火期等等。根据对煤炭自燃机理的研究,将防治技术措施按其作用机理可分为减漏风供氧、吸热降温和既能隔氧又能降温等3类。对防治煤炭自燃以及选择有效而可靠的技术措施具有积极的指导意义。

关键词　煤炭　自燃机理　防治技术

R esearch on the Coal Self-ignition and Prevention T echniques Classification

NIU Hui-y ong1　ZH ANG X in-hai2

(1.School o f Energy Engineering,Hunan University o f Science&Technology　Xiangtan,Hunan411201)

Abstract　Based on the different view points of scholars at home and abroad to coal self-ignition,three phases of coal self-ignition are raised,that is,latency phase,self-heating phase and self-ignition phase,adding that four conditions of self-ignition should be quali2 fied:fragmentized coal with low tem perature oxidation,continuous air flow with oxygen concentration m ore than12%,heat producing speed through coal oxygenating above heat emitting speed and time of the above3conditions existing together longer than the shortest self-ignition period.According to study on coal self-ignition theory,the prevention measures can be divided into three kinds,decreasing air leakage oxy2 gen-supplied,decalescence and debasing tem perature and not only oxygen is olating but debasing tem perature,which is positively directive to the prevention of coal self-ignition and the selection of effective and reliable technical measures.

K eyw ords　coal　self-ignition theory　prevention and control technique

矿井火灾事故,特别是自燃发火事故,对煤矿安全生产的危害在某种意义上来说并不亚于瓦斯、煤尘爆炸事故。煤炭自燃发火具有发生、发展缓慢并有规律的演变过程,可在形成的初期发现。但是,由于它大多数发生在人们难以到达的采空区及破裂的煤柱之内,所以,有时人们即使发现了自燃发火征兆,也不容易找到真正的火源点。一旦发现其外部征兆,煤炭自燃已发展到后期。因此,了解煤炭氧化的基本规律,研究煤炭自燃的机理及对煤炭自燃的防治技术进行分类研究,对于制定有效的防灭火措施,避免和减少防灭火工作的盲目性至关重要。

1　煤炭自燃机理

1.1　煤炭自燃学说

煤自燃问题自17世纪开始研究探索,到目前为止,提出了多种煤炭自燃学说,主要有黄铁矿导因学说、细菌导因学说、酚基导因学说以及煤氧复合学说等。

1.1.1　黄铁矿导因学说

该学说最早由英国人(Plolt和Berzelius)于17世纪提出,是第1个试图解答煤自燃原因的学说。它认为煤的自燃是由于煤层中的黄铁矿(FeS2)与空气中的水分和氧相互作用放出热量而引起,其化学反应过程推断如下:

2FeS2+2H2O+7O2→2FeS O4+2H2S O4+Q1(1) 硫酸亚铁(FeS O4)在潮湿的井下环境中,可被氧化生成硫酸铁,即Fe2(S O4)3,其化学反应:

12FeS O4+6H2O+3O2→4Fe2(S O4)3+4Fe(OH)3+Q2(2)硫酸铁[Fe2(S O4)3]在潮湿的环境中作为氧化剂又可和黄铁矿发生反应:

FeS2+Fe2(S O4)3+3O2+2H2O→3FeS O4+2H2S O4+Q3(3)以上化学反应均为放热反应(Q1、Q2、Q3分别代表各反应释放的热量)。另外,黄铁矿在井下潮湿的环境里被氧化产生S O2、C O2、C O、H2S等气体的反应,也都是放热反应。因此在蓄热条件较好时,这些热量将使煤体升温达到煤氧化反应所需温度,导致煤的自热与自燃。

黄铁矿学说曾在19世纪下半叶流行,但随后大量的煤炭自燃实践证明,大多数的煤层自燃是在完全不含或极少含有黄铁矿的情况下发生的。该学说无法对此现象作出解释,具有一定的局限性。

1.1.2　细菌导因学说

该学说是由英国人帕特尔(P otter.M.C)于1927年提出,他认为在细菌的作用下,煤体发酵,放出一定热量,这些热量对煤的自燃起了决定性的作用。

1951年波兰学者杜博依斯(Dubois.R)等人在考察泥煤

3基金项目:国家自然科学基金项目(10102016)。

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2007年第33卷第10期

October2007 工业安全与环保

Industrial Safety and Environmental Protection