煤炭自然发火专题论文
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煤层自然发火机理及其规律与防治应用煤层自然发火是煤矿工作面主要的安全隐患之一,煤层自然发火发生后,不仅会造成矿井安全事故,还会对环境造成严重污染。
煤层自然发火的机理及其规律与防治应用是煤矿安全工作中需要重点关注的问题。
本文将从煤层自然发火的机理、规律及其防治应用等方面进行探讨。
一、煤层自然发火的机理煤层自然发火是指煤层内在没有受到外部热源干扰的情况下,由于特定条件的存在而自行燃烧的现象。
煤层自然发火的机理比较复杂,主要包括以下几个方面:1. 煤的热氧化煤的热氧化是煤层自然发火的主要机理之一。
煤在受热的情况下会发生氧化反应,产生大量热量。
如果煤层内的氧气供应充足,就会导致煤层内部温度升高,最终引发煤层自然发火。
2. 煤的自燃煤的自燃是指在煤层内部温度升高的情况下,煤自身就能够开始燃烧的现象。
当煤层内部温度达到一定程度时,煤的自燃就会发生,然后引发煤层自然发火。
3. 煤的火源煤层自然发火的机理中还包括了外来的火源。
在矿井内部,可能会有一些不明火源,比如机械设备的摩擦热、电气设备的发热等,这些都可能成为煤层自然发火的火源。
以上就是煤层自然发火的机理的主要内容,通过对这些机理的了解,就能够更好地预防和治理煤层自然发火。
煤层自然发火的规律主要包括了发火的条件和发火的规律两个方面。
1. 发火的条件煤层自然发火需要满足一定的条件,主要包括氧气、煤、热量和火源。
只有当这些条件同时存在时,才会引发煤层自然发火。
煤层自然发火的规律主要包括了发火的时间、发火的地点和发火的程度。
一般来说,煤层自然发火的时间是比较难以确定的,有的可能需要几年甚至更长的时间,有的可能在几个月之内就发生。
而煤层自然发火的地点一般是在煤层的深部,因为那里的氧气供应比较充足。
煤层自然发火的程度也是比较难以确定的,有的可能只是轻微的燃烧,有的可能会造成大面积的火灾。
针对煤层自然发火的机理和规律,我们可以采取一些措施来预防和治理煤层自然发火。
1. 加强巡检通过加强对矿井的巡检,发现矿井内部的异常情况,比如异常的温度、气味等,及时采取措施,可以减少煤层自然发火的发生。
《大采高超长综采工作面采空区自然发火规律研究》篇一一、引言随着煤炭开采技术的不断进步,大采高超长综采工作面的应用逐渐广泛。
然而,在工作面的采空区,自然发火现象日益显现,严重威胁到煤矿安全生产和人员生命安全。
因此,研究大采高超长综采工作面采空区自然发火规律,对预防和控制采空区自然发火具有重要的理论意义和实践价值。
二、研究背景及意义近年来,随着煤炭开采深度的增加和开采强度的提高,采空区自然发火的风险逐渐增大。
大采高超长综采工作面的应用,使得采空区的空间范围更大,发火的可能性更高。
因此,研究大采高超长综采工作面采空区自然发火的规律,对于指导煤矿安全生产、预防和控制采空区自然发火、保护矿工生命安全具有重要的现实意义。
三、研究内容与方法本研究以大采高超长综采工作面为研究对象,通过理论分析、现场观测、实验研究和数值模拟等方法,系统研究采空区自然发火的规律。
具体包括以下几个方面:1. 理论分析:通过分析采空区的形成过程、氧气供应条件、煤炭自燃的机理等,为研究自然发火规律提供理论依据。
2. 现场观测:在煤矿现场进行实地观测,记录采空区的温度、氧气浓度、煤炭自燃等数据,为实验研究和数值模拟提供基础数据。
3. 实验研究:通过实验室模拟实验,研究不同条件下煤炭自燃的规律,探讨影响自然发火的主要因素。
4. 数值模拟:利用计算机软件对采空区的自然发火过程进行数值模拟,分析采空区自然发火的规律和特点。
四、研究结果与分析1. 自然发火的规律:通过对现场观测和实验研究的结果进行分析,发现大采高超长综采工作面采空区自然发火的规律主要表现为温度逐渐升高、氧气浓度降低、煤炭自燃等现象。
同时,发现自然发火的速度和程度与煤炭的含水量、氧气供应条件、空间范围等因素密切相关。
2. 主要影响因素:通过实验研究和数值模拟,发现影响自然发火的主要因素包括煤炭的含水量、氧气供应条件、空间范围、通风条件等。
其中,煤炭的含水量对自然发火的影响最为显著,含水量越高,自然发火的可能性越低。
防治煤层自然发火管理煤层自然发火是煤矿安全生产的一大隐患。
煤层自然发火会引发煤矿火灾,造成人员伤亡和财产损失。
因此,对于煤层自然发火的防治管理至关重要。
本文将从以下几个方面进行阐述。
一、煤层自然发火的原因分析煤层自然发火是由于煤体中的一些化学反应引起的。
主要原因包括:煤体中的煤中硫、煤中氧以及火成岩中的硫矿石等与呼吸过程中的氧反应生成二氧化硫和二氧化碳等物质,使煤体氧化产生热量,引起火灾。
二、煤层自然发火的危害煤层自然发火危害主要表现在以下几个方面:1. 煤矿火灾:煤层自然发火是引发煤矿火灾的主要原因之一。
火灾造成人员伤亡和财产损失。
2. 煤矿瓦斯爆炸:煤层自然发火会导致煤矿瓦斯大量释放,增加了瓦斯爆炸的风险。
3. 煤层变形破坏:煤层自然发火会引起煤层的变形和破坏,导致矿井安全失控。
三、煤层自然发火的防治措施为了防止煤层自然发火,需要采取一系列的防治措施,包括:1. 煤质优化:选用低硫低热值煤和无烟煤,减少煤体中的易燃物质含量。
2. 减少氧气:控制通风量,减少煤层中氧气的含量,降低煤体的氧化速度。
3. 加强巡检:定期对矿井进行巡检,及时发现煤层自然发火的迹象,采取相应的措施进行处理。
4. 管理员培训:加强煤矿管理人员的培训,提高他们对煤层自然发火的防治能力。
5. 安全设施完善:煤矿应配备完善的自动监测、报警和灭火设备,及时发现并扑灭煤层自然发火。
四、煤层自然发火的管理煤层自然发火的防治工作需要通过规范的管理来实施。
1. 建立预防机制:通过编制煤层自然发火的预防方案,明确责任部门和责任人,加强组织领导。
2. 预警系统建设:建立煤层自然发火的预测预警系统,通过监测和分析煤矿的各项指标,提前预警。
3. 建立应急救援机制:针对煤层自然发火可能引发的火灾,建立完善的应急救援预案和队伍,确保能够及时有效地进行救援。
4. 加强技术研发:加大对煤层自然发火的科学研究力度,研究解决煤层自然发火的关键技术和设备。
总结:煤层自然发火是煤矿安全生产的重要问题,需要加强科技研发、加强管理和加强预防工作。
《大采高超长综采工作面采空区自然发火规律研究》篇一一、引言煤炭工业是我国能源生产的重要组成部分,采煤技术持续发展和更新对于提高煤矿开采效率和安全具有重要意义。
在大型煤炭矿井中,大采高超长综采工作面的运用已经成为主流。
然而,随着开采深度的增加和开采强度的加大,采空区自然发火问题逐渐凸显,成为影响煤矿安全生产的重要问题之一。
因此,研究大采高超长综采工作面采空区自然发火规律,对于预防和控制煤矿火灾,保障矿井安全具有极其重要的意义。
二、采空区自然发火原因及影响因素采空区自然发火主要是由于煤层中的残留煤炭在不良的通风条件下氧化、发热、自燃所致。
影响采空区自然发火的主要因素包括:煤炭性质、通风条件、采空区内的气体成分及含量、采煤方法等。
大采高超长综采工作面的特殊性,如工作面长、高差大等,都可能对采空区的自然发火产生影响。
三、大采高超长综采工作面采空区特点大采高超长综采工作面的采空区具有以下特点:一是空间大,煤炭储量大,可能存在的潜在火灾风险更大;二是高差大,导致通风困难,局部地区容易形成氧化反应的环境;三是工作环境复杂,存在多处盲区,难以及时发现火灾源。
这些特点使得大采高超长综采工作面的采空区自然发火规律具有独特性。
四、自然发火规律研究方法及成果针对大采高超长综采工作面采空区的自然发火规律研究,可以采用多种方法,如理论分析、实验研究、数值模拟、现场实测等。
这些方法的应用,可以深入探究采空区自然发火的机理、发生条件及影响因素。
经过多年的研究和实践,已经取得了一系列成果。
例如,通过对煤炭性质的研究,发现某些煤种具有较高的自燃倾向性;通过通风条件的研究,发现合理的通风策略可以有效降低采空区的温度和氧气含量,从而抑制煤炭的氧化反应;通过现场实测,发现了采空区自然发火的典型特征和规律等。
五、防控措施及建议基于对大采高超长综采工作面采空区自然发火规律的研究,可以采取以下防控措施:一是加强煤炭性质的研究,了解不同煤种的自燃倾向性,采取针对性的防火措施;二是优化通风系统,保证采空区的通风良好,降低温度和氧气含量;三是加强现场监测,及时发现和处理火灾隐患;四是制定完善的火灾应急预案,确保在火灾发生时能够及时、有效地进行处置。
矿井火灾危害分析及其防治技术摘要:矿井火灾是威胁煤矿安全生产、危害职工生命安全的五大灾害之一。
通过分析矿井火灾发生的基本要素、矿井火灾的分类和矿井火灾的危害等, 从外因火灾防治和自然发火防治两个方面提出了防治矿井火灾的技术途径。
1 我国煤矿矿井火灾防治现状我国煤矿自燃发火非常严重, 有56%的煤矿存在自燃发火问题, 而我国统配和重点煤矿中具有自燃发火危险的矿井约占47%,矿井自燃发火又占总发火次数的94%, 其中采空区自燃则占内因火灾的60%。
这种火灾常造成工作面封闭、冻结大量的煤炭资源和昂贵的生产设备, 造成工作面、采区风流紊乱, 影响矿井正常的生产接续, 并造成人员伤亡。
为了加强煤矿防灭火安全技术, 我国从50 年代起就在煤矿推广了黄泥灌浆防火技术, 60年代至70年代又研究出了阻化剂防火、均压通风、高倍数泡沫灭火等技术, 80年代至90年代则研究了矿井自燃发火预测系统、惰气防灭火、快速高效堵漏风、带式输送机火灾防治等技术, 并逐步形成适应普通采煤法和高产高效采煤法的综合防灭火技术。
由于我国火灾基础理论研究起步晚, 防灭火关键设备和技术有待完善和配套, 有一批亟待解决的技术问题。
因此, 矿井火灾防治工作仍然是矿井安全生产所面临的一项艰巨任务。
2 矿井火灾发生的基本要素和所有的物质燃烧一样, 导致矿井火灾发生的三个基本要素为: 热源、可燃物和空气。
2.1点火源具有一定温度和足够热量的热源才能引起火灾。
煤的自燃、瓦斯或煤尘爆炸、放炮作业、机械摩擦、电流短路、吸烟、电(气)焊以及其他明火等都可能成为引火的热源。
2.2可燃物煤本身就是一种普遍存在的大量的可燃物。
另外, 坑木、各类机电设备、各种油料、炸药等都具有可燃性。
2.3空气燃烧就是剧烈的氧化现象。
实验证明, 在氧浓度为3% 的空气环境里, 燃烧不能维持; 空气中的氧浓度在12% 以下, 瓦斯就失去爆炸性; 空气中氧浓度在14% 以下, 蜡烛就要熄灭。
关于防治煤炭自然发火技术的探究摘要煤炭自然发火是导致煤矿生产发生重大灾害的原因之一,是影响煤矿高效生产与工作面安全的重要因素。
因此,必须要对煤炭自然发火的防治技术加以重视。
本文主要对煤炭自然发火的预防与灭火技术进行分析,以实现煤炭自然发火的有效防治。
关键词煤炭;自燃发火;防治技术;灭火煤炭自燃是煤炭开采中的一种自然客观现象。
煤炭自燃引起矿井煤层发生火灾的报道时有发生,严重地威胁着煤矿的正常开采与采煤人员的人身安全。
随着国家经济的发展以及科学技术的提高,特厚煤层综采放顶煤高产高效技术开始得到了发展,这也使得一系列安全问题开始出现,如煤层的自燃。
这使得煤矿技术的发展受到了影响。
因此,要对煤炭自然发火的防治技术加以重视,才能有效预防煤矿火灾的出现。
1 煤炭自然发火的有效预防通常在煤矿开采的过程中,引起煤炭自燃的原因主要有:煤层本身的自燃倾向性、持续供氧以及氧化放出热量易于积聚。
因此,只要从隔断氧气供应、消除可燃物以及冷却降温这几个方面入手,就可以有效预防煤炭的自然发火。
1.1合理布置巷道石门要布置要在岩层内,保持石门围岩的完整性,将石门与巷道进行均匀的布置,保证通过石门送煤的过程中,石门段围岩良好,有利于各煤层回采结束之后的采空区的密封。
并将采空区与石门之间的岩柱保留,实现多煤层开采的石门与采空区之间的隔离,实现对采空区与石门之间的漏风所引起的自然发生有效控制。
1.2在采空区喷洒阻化剂由于阻化剂是一种是氯化钙与氯化镁共同形成的水溶液,其吸水性较强。
在喷洒阻化剂时,它可以渗透到煤的裂隙与层理节理中,并在煤层表面形成氯化物液膜,避免了氧气与煤层的接触,减少氧气对煤层的氧化作用,还能实现对煤层的冷却,从而起到预防煤层起火的效果。
1.3采面充填注浆在煤矿采空区的分布与采空区的漏风量之间有着直接的联系。
在采面下口填充注浆,建设起一道防火墙,能有效减少采空区的漏风供氧,降低氧气的含量,减少氧气对煤层的氧化作用,达到预防煤层起火的效果。
煤矿采空区自然发火的综合防治探讨摘要:矿井火灾是直接危害矿井安全生产的主要灾害之一,而其中大部分火灾事故是自然发火引起的。
煤矿自燃火灾不仅释放大量有毒有害气体,还可能引发瓦斯、煤尘爆炸进而危及矿工生命安全,不仅对矿井效益造成重大损失,而且严重阻碍高产高效矿井的建设。
本文对煤矿采空区自然发火的综合防治进行分析,以供参考。
关键词:煤矿采空区;自然发火;防治探讨引言由于煤层具有自燃性,需要对煤层采取一定的防灭火技术措施。
考虑到防灭火的有效性,本文采用地面束管监测、黄泥灌浆和注氮等技术。
为了验证防灭火的效果,在3个工作面回采期间,监测上隅角和回风流中的瓦斯含量。
1采空区自然发火特征通常情况下,煤矿采空区自然发火的特征主要分为三个时期,具体如下:(1)潜伏期。
在低温条件下,空气中的氧气将会被煤吸附,并在煤表面产生初级氧化物,此时如果化学活性增加,将会导致煤的着火点降低,进而诱发自然发火。
实际上,潜伏期长短主要取决于外部环境条件和煤化程度;(2)煤的自热期。
该过程中,会不断加快煤的氧化速度,并将煤中不稳定的氧化物转化为CO2和CO气体,并导致煤温持续升高。
如果煤温大于自热临界值(60℃-80℃)时,将会导致煤温急速上升,加快煤体的氧化进程,出现干馏现象,同时该过程中还会产生可燃性气体,如H2、CO和芳香族的碳氢化合物,进而在巷道壁和支架上出现水珠现象;(3)自燃期。
当煤体温度继续升高,并且达到300℃-350℃的临界着火温度时,就会出现煤层自燃现象,并产生大量的二氧化碳和一氧化碳气体,同时还会出现明火和烟雾。
2煤矿发生火灾的主要原因就目前煤矿资源开采的实际状况来讲,依然潜存着较多的火灾隐患。
致使煤矿出现火灾的原因主要有两种,分为内因和外因,其外因重点是指相关技术工人在操控期间产生了违规的行为导致了火灾的发生,或是因为机器设施运转时产生不良问题而引发了火灾。
比如,一些技术工人在矿井中吸烟或是使用明火,一些机器设施在运行期间产生故障而擦出火花,都会容易引起矿井中瓦斯着火或是爆炸。
关于煤炭自燃及其防治的研究【摘要】综采放顶煤技术推广以来,煤炭自燃发火现象日渐频繁,给生产造成了较大的影响。
本文对煤炭自燃的机理、影响因素及防治措施进行了分析,具有一定的参考意义。
【关键词】煤炭自燃;机理;防治煤炭自燃是自然界存在的一种客观现象,这种现象一直伴随着煤炭开采整个过程。
目前,矿井煤层自燃火灾仍然十分严重,尤其是50%以上国有重点煤矿存在自燃发火危险,特厚煤层尤为严重。
全国每年因煤炭自燃造成的直接和间接经济损失近百亿元。
进入20世纪90年代后由于特厚煤层综采放顶煤高产高效技术的推广,使得矿井煤层自燃火灾频繁出现。
煤层自燃成为制约煤矿科技进步的主要障碍之一。
因此,煤炭自燃火灾的防治必须先对其自燃的原因和过程进行深入地了解,然后根据煤炭自燃特性研究可行的防治对策。
1 煤炭自燃机理分析煤炭自燃发火是指有自燃倾向性的煤层在开采过程中与空气接触,发生氧化,产生热量使其温度升高,出现明火、烟雾、煤油味以及超过矿井自燃发火临界指标浓度的有毒有害气体的现象。
因此,煤的氧化放热是热量自发产生的根源之一,也是引起煤炭自燃发火的根本原因之一。
煤氧自发地复合放出热量,该热量在一定的蓄热条件下被积聚起来,当热量的积聚能够满足煤自燃过程发展的需要时,煤体温度不断上升,最终导致自燃。
实际条件下,煤氧复合放出热量与煤体表面活性结构的种类、数量、煤体的温度、氧气浓度等因素有关。
煤与氧作用放出热量引起煤温升高,煤温升高则煤的氧化活性增强,煤氧化反应速度加快,放热强度增大。
煤氧复合作用只要有氧存在就能进行,氧浓度大小只影响煤氧复合速率的大小。
煤炭自燃过程是煤氧化放热与环境散热这对矛盾运动发展的过程,当煤氧化放热速率大于散热速率时煤温上升,煤温上升又引起氧化放热速率增大,所以煤炭自燃是一个复杂的自加热过程。
2 煤层自燃发火因素分析2.1 回采工作面采空区自燃因素分析根据氧化情况的不同,我们可以将采场分为氧化带、冷却带和窒息带三个层次。
煤炭自然发火的防治煤炭是一种常用的能源,广泛应用于工业、农业、交通运输、建筑等领域。
然而,由于煤炭自身的特殊性质,容易在储存、运输、使用等过程中自然发火,产生严重的安全事故,给人们的生命和财产安全带来了巨大的风险。
因此,煤炭自然发火的防治十分重要。
本文将从煤炭自然发火的原因、预防措施以及事故处理等方面进行阐述。
1. 煤炭自然发火的原因煤炭自然发火是指煤炭在没有人为干预的情况下,由于一系列复杂的化学和物理反应,自行发生燃热反应,并从火源处传导,最终造成煤堆着火的现象。
煤炭自然发火的原因主要有以下几个方面:1.1 煤质煤质是煤炭自然发火的最重要因素之一。
不同的煤质在燃烧特性和易燃性方面存在差异,一些富有机质的煤种如褐煤、泥炭因为含水率高,在一定条件下容易自然发火。
而除了水分之外,煤中还存在着氧、硫、氮、磷等元素,这些元素与煤质的组成、结构有关,它们能够引起煤的自然发火。
1.2 环境条件环境条件是煤炭自然发火的另一个重要因素。
煤堆在储存过程中,长时间受高温、潮湿、空气流通不畅等环境条件影响,容易导致发火风险。
此外,温度、相对湿度、空气氧气含量和运输方式等因素也能够影响煤炭自然发火的发生。
1.3 外界因素外界因素如静电、自然闪电、火源等也是煤炭自然发火的重要因素之一。
在煤炭储存和运输过程中,由于操作不当或外界因素的干扰,如静电、自然闪电等传导到煤堆上,可能造成局部温度升高,再加上自身反应,引发煤堆发火。
2. 煤炭自然发火的预防措施煤炭自然发火的防治工作,不仅需要对煤炭本身的特性和环境条件进行认真分析,也需要在储存、运输、使用等全过程中进行严格管理和规范化操作。
2.1 煤质检验在煤炭生产、运输、储存等全过程中,要进行煤质检验,了解煤的性质及其发火风险,从源头控制自然发火的可能。
煤质检验可以通过采取样品送到化验室分析煤的成分、含水率及含氧、硫、氮、磷等元素含量,评估煤的自然发火风险和燃烧特性。
2.2 温度测量煤堆的温度是发生自然发火的可靠指标,通过定期检测煤堆温度并记录,可以预测煤堆自然发火的风险,及时采取措施避免事故发生。
煤自燃指标气体实验与综合防灭火技术研究【摘要】内因火灾是矿井火灾的主要形式,它约占矿井火灾总数的90%。
煤自燃常诱发瓦斯、煤尘爆炸,烧毁大量的煤炭资源和设备,产生大量的高温烟流和有害气体,严重危及井下人员的生命安全,给矿井带来巨大灾难。
虽然多数煤炭具备自燃发火的特性,但煤炭自然发火的难易程度取决于煤的物理化学性质。
这不仅需要掌握煤的自燃性,并且需要早期发现煤的自燃火灾,通过掌握煤自然发火过程中与火灾相关参数的各项指标,从而全面系统地对煤层的自燃特性进行研究。
论文在对煤炭自燃研究现状分析的基础之上,以煤炭自燃相关理论为指导,并结合现场试验,提出了矿井综采面自燃发火综合治理措施,通过在山西某矿的试验,取得了良好的效果,主要研究内容如下:1、选取山西某矿具有代表性的8#煤层、9#煤层作为研究对象,将煤样制备成各项测试用的分析煤样,并对煤样进行了自燃发火气体产物模拟实验,通过实验在标志气体优选工作中应抛弃过去相当长时间采用的单纯使用CO及其派生指标的片面观念,应当在充分使用CO的前提下,结合以C2H4、C3H6为代表的烯烃气体和烷烃气体共同作为综合判断指标。
2、通过对实验结果的分析得出,煤样自燃氧化气体中的C2H4和C3H6其总的变化趋势... 更多还原【Abstract】 As is known to us all, internal caused firedisaster is the main form of fire disaster in coal mines, which accounts for about 90 percent of the whole amount of disasters,among which coal spontaneous combustion commit a most important role, for it often evoke the explosion of the gas and coal dust in the mines as well as the damage of coal resources and equipments, besides, it also produce a large amount of smoke with high temperature and harmful gas, which seriously threatened the life safety ... 更多还原【关键词】煤炭自燃;实验模拟;指标气体;火灾防治;【Key words】Coal spontaneous combustion;experimental simulation;symbolic gas;fire disaster prevention;摘要3-5ABSTRACT 5-7第一章绪论10-221.1 引言10-111.2 国内外研究现状11-201.2.1 煤自燃理论研究现状11-131.2.2 煤自燃机理研究现状13-141.2.3 煤自燃预测技术研究现状14-171.2.4 煤层自燃治理技术研究现状17-201.3 本文研究的内容和工作20-22第二章煤层自然发火及其影响因素分析22-322.1 煤的氧化自燃22-262.1.1 煤的氧化过程及其特征22-232.1.2 煤的自燃条件23-242.1.3 影响煤炭自燃倾向性的因素24-252.1.4 煤的自燃过程25-262.2 影响煤自然发火的因素26-272.2.1 影响煤自燃的内因26-272.2.2 影响煤自燃的外因272.3 煤炭自燃机理27-292.4 综采面煤层自燃特点分析29-32第三章煤炭自然发火特征分析32-583.1 矿区概况323.2 煤炭自燃发火标志性气体指标测试32-413.2.1 煤样的采集32-333.2.2 煤样自燃氧化气体产物测试结果33-363.2.3 测试结果分析36-413.3 煤样自燃发火标志气体分析与优选41-493.3.1 标志气体分析41-483.3.2 标志气体优选48-493.4 煤自燃发火的临界氧气浓度49-583.4.1 不同氧气浓度下的气体产物特性49-573.4.2 不同氧气浓度下的氧化热力学特性57-58 第四章矿井综采面自然发火综合治理措施58-704.1 自燃发火防治总体方案584.2 工作面正常回采期间防灭火技术方案58-624.2.1 阻化剂抑制煤层自燃的机理及特点59-604.2.2 阻化剂防灭火工艺60-624.3 工作面回采期间应急防灭火技术方案62-704.3.1 氮气防灭火技术62-674.3.2 移动式注浆灭火技术67-70第五章结论与展望70-725.1 主要结论70-715.2 不足和展望71-72参考文献。
煤层自燃发火原因研究与探讨矿井火灾是指发生在矿井地面或井下、威胁矿井安全生产、形成火灾的一切非控制燃烧。
该文从火灾必须具备三个方面的条件、自燃经过的三个时期、发火四个条件、发火的因素等方面阐述了煤层发火的原因,具有一定借鉴意义。
标签:矿井火灾条件因素自燃期确定0引言矿井火灾是煤矿5大自燃灾害之一,每场火灾的发生,轻则影响生产,重者可能烧毁煤炭资源和矿井设备,更为严重者则可能引燃瓦斯煤尘爆炸或火烟毒化矿井,酿成人员伤亡的重大恶性事故。
可燃物、热源、燃烧是火灾必须具备的三个方面条件,下面就这三个方面笔者进行具体的阐述,以供同行探讨。
1煤的自燃经过的三个时期煤的自燃发展,一般要经过三个时期,如图1所示:准备时期,又称潜伏时期:自热期;最后进如燃烧期。
1.1潜伏时期。
煤自燃的潜伏时期即煤的低温氧化过程,潜伏时期即准备阶段的长短取决于煤的变质程度和外部条件,如褐煤几乎没有准备时期,而烟煤则需要一个相当长的准备时期。
1.2自热期。
经过潜伏期,煤的氧化速度增加,不稳定的氧化物先后分解成水、二氧化碳和一氧化碳。
氧化产生的热量使煤的温度上升,当温度超过临界温度T=60~80℃时,煤的温度急剧增加,氧化加剧,煤开始出现矸馏,生成碳氢化合物、氢气、一氧化碳、二氧化碳等火灾气体,煤呈赤热状态,当到达着火温度以上时便燃着。
这一阶段就是煤的自热阶段,又称煤的自热期。
1.3燃烧期。
这一时期是煤从低温氧化发展成自燃的最后的一个阶段。
主要特征是:空气中氧含量显著减少,二氧化碳的数量倍增,同时由于燃烧不完全和二氧化碳的分解,而产生较多的一氧化碳,巷道中出现浓烈的火灾气味和烟雾,有时还出现明火,火源温度达到1000℃左右。
2煤炭自燃发火四个条件煤体要发生自燃必须具备以下四个条件:①具有低温氧化性,即有自燃倾向的煤以破碎状态存在;②有大于12%氧含量的空气通过这些碎煤;③空气流动速度适中,使破裂煤体有积聚氧化热的环境;④在上述3个条件同时具备的状态下,持续一定的时间,使煤体可以达到着火温度。
煤层自然发火机理及其规律与防治应用煤炭是我国主要的能源资源之一,但煤矿火灾却是影响煤矿安全生产的重要因素之一。
煤层自然发火是煤矿火灾的重要原因之一。
了解煤层自然发火的机理及其规律,并采取有效的预防措施和治理手段,对于保障煤矿安全生产具有重要意义。
本文将从煤层自然发火的机理与规律、煤层自然发火的防治措施等方面进行探讨。
1. 煤层自然发火的机理煤层自然发火是指由于煤层内部存在的热量、氧气和易燃气体的共同作用,引发煤体自燃现象。
煤层自然发火的机理主要包括以下几个方面:(1) 煤体内部的自燃机理煤体中存在着大量的有机物质,受到地热和自身压力的作用,部分有机物质会发生氧化分解反应,释放出热量,导致煤体内部温度升高。
(2) 氧气侵入由于煤层内部渗透水或者矿井通风系统存在漏气等原因,使得煤层内部氧气得以供应,满足了煤体自燃所需要的氧气条件。
(3) 易燃气体的释放在煤层开采过程中,易燃气体如甲烷等会被释放到煤层中。
当煤层内部温度升高时,易燃气体也会受到影响,进一步加剧了煤层的自然发火现象。
2. 煤层自然发火的规律煤层自然发火有其一定的规律,需要我们进行深入研究和分析,以便制定相应的防治措施。
煤层自然发火的规律主要包括以下几个方面:(1) 季节性规律煤层自然发火随着季节的变化会产生一定的规律性。
夏季天气炎热,煤层内部温度易升高,易发生自然发火现象;而冬季天气寒冷,氧气供应不足,煤层自然发火的风险会相应降低。
(2) 空间分布规律煤层自然发火在煤矿内部具有一定的空间分布规律。
通常来说,在煤矿采空区、矿井巷道、矿柱等地方易发生煤层自然发火现象。
(3) 分层规律煤层自然发火在煤层不同层位上会表现出不同的规律性。
一般来说,富含易燃气体的煤层自然发火的风险会更高。
二、煤层自然发火的防治应用1. 预防措施针对煤层自然发火的机理与规律,制定相应的预防措施对于降低煤炭火灾的发生具有重要意义。
(1) 加强对煤矿通风系统的管理通风系统是煤矿防治煤层自然发火的关键因素之一。
防治煤层自然发火管理范文煤矿是我国能源工业的重要组成部分,然而,由于煤矿存在的特殊性和复杂性,煤层自然发火成为煤矿安全生产的常见隐患。
为了有效防治煤层自然发火,保障煤矿安全生产,需要建立科学的管理体系。
本文旨在探讨防治煤层自然发火的管理方法和措施,以提升煤矿安全生产水平。
1. 建立监测系统煤层自然发火往往伴随着温度升高和气体释放,因此,建立监测系统是防治煤层自然发火的首要措施。
煤矿应配备温度监测设备和气体检测仪器,实时监测煤层的温度和气体含量。
同时,还可以利用无线传感技术,将监测数据实时传输到监控中心,提高监测效率和准确性。
2. 制定科学的排放措施煤矿煤层自然发火的成因之一是煤层内的煤气排放不畅。
因此,煤矿应制定科学的排放措施,提前对煤气进行采集和排放。
这可以通过安装煤气抽采系统和通风设备来实现,将煤气有效地抽采和排放到安全区域,减少煤层自然发火的概率。
3. 加强煤层监测煤层自然发火往往有一定的前兆,如温度升高、气体含量增加等。
煤矿应加强煤层的监测,及时掌握煤层的情况,并根据监测结果采取相应的措施。
例如,对于温度升高的煤层,可以采取降温措施,如喷水降温等;对于气体含量增加的煤层,可以加大抽采力度,及时排放煤气。
4. 加强巡检和检修煤矿应加大巡检力度,对可能存在自然发火风险的煤层进行定期检查。
一旦发现问题,应立即采取措施加以修复和处理。
例如,对于出现煤层裂隙的地方,可以采取堵漏措施,以防止煤层自然发火。
此外,还应定期进行设备润滑和检修,保障设备的正常运行,减少因设备故障引发的自然发火风险。
5. 强化安全教育和培训煤矿员工是煤层自然发火防治的关键,应强化安全教育和培训,提高员工的安全意识和应急处置能力。
员工应了解煤层自然发火的危害与预防知识,并学会正确使用安全设备和工具。
此外,还需要定期进行安全演练,培养员工应对突发事件的能力,提高应急响应效率。
6. 加强与相关部门的合作防治煤层自然发火需要各方共同努力,因此,煤矿应加强与相关部门的合作,共同制定防治方案和应急预案。
煤层自然发火机理及其规律与防治应用煤层自然发火是指在矿井采掘过程中,由于煤层自身的化学物质和热力学性质,可能会在没有外界能量输入的情况下自燃。
这种自然发火导致的火灾对煤矿生产安全和环境保护构成严重的威胁,同时也给采掘和利用煤炭资源带来了巨大的经济损失,因此防治煤层自然发火问题具有重要的现实意义。
煤层的自然发火机理是由多个因素综合作用的结果,其中最重要的因素是煤本身的化学成分及其热力学性质。
煤是一种碳负离子化合物,主要由C、H、O、N、S等元素组成,其中C、H为主要组分,分别占60%~90%和5%~25%,O、N、S等元素含量相对较低。
当煤层中含有的C、H等物质受到氧气的氧化作用时,会释放出大量的热量和烟气,这些热量和烟气的积累可能会导致煤层温度升高,从而引发自然发火现象。
此外,煤层自然发火现象还与煤层的物理性质、煤层周围环境的温度、湿度、风速等因素密切相关。
例如,煤层的通风条件直接影响煤层内瓦斯和氧气等气体的浓度,从而影响自然发火的可能性。
如果煤层通风不良,瓦斯浓度升高,就会加速煤层自然发火的发生。
煤层自然发火的规律是比较复杂的,一般而言有以下几个方面:(1) 煤层自然发火的空间分布规律:矿井煤层自然发火通常呈现非均匀分布的特点,即不同个体煤层之间存在很大的差异。
(2) 煤层自然发火的时间分布规律:煤层自然发火时间与煤层类型、地质条件、采场布置方式等因素有关,总体而言,煤层自然发火具有随机性和不可预测性。
(3) 煤层自然发火的持续时间规律:煤层自然发火持续时间通常数周至数月不等,这与煤层内瓦斯、氧气等气体浓度变化、煤层温度波动等因素密切相关。
为有效防治煤层自然发火问题,需要采取一系列措施。
其中,采煤工艺上的防治措施主要包括煤层通风与抽采措施以及堵煤技术。
煤层通风措施能够有效地降低煤矿瓦斯和氧气的浓度,从而降低煤层自然发火的可能性。
抽采措施可以减少采煤过程中产生的热量和烟气,降低煤层温度。
堵煤技术则是在煤层内部设置隔离物,降低不同部位的氧气浓度,避免煤层自然发火的发生。
浅析煤炭自燃因素及预防措施摘要:煤炭是古代植物埋藏在地下经历了复杂的生物化学和物理化学变化逐渐形成的固体可燃性矿物。
它是人们生产生活必备资源,煤炭的开发和存有量是促进国家工业发展的重要因素,它被人们称为黑色的金子。
不过煤炭作为一种活跃物质,具有可燃性,在储存和供应上如果管理不当就会发生自燃问题,造成难以预料的后果,因此必须加强煤炭的管理,分析煤炭自燃的因素,并提出相对的解决策略。
基于此背景,笔者对煤炭自燃因素及预防措施进行了分析,希望能为相关人员提供理论基础,为我国现代化能源管理的发展贡献绵薄之力。
关键词:煤炭;自燃因素;预防措施煤炭资源是十八世纪后人类世界主要的能源之一,虽然进入新世纪后煤炭资源的价值有所下降,但仍然是人们生产生活的必备能源,它是工业发展的粮食。
煤炭的自燃问题是全世界研究的课题,我国地大物博、疆土广阔拥有的煤炭资源比较丰富,然而每年因为煤炭自燃造成的损失约达2亿吨,因此煤炭自燃的解决刻不容缓。
煤炭自燃既对人员安全带来威胁,也白白浪费了资源,国家已经将大煤自燃灾害列为中国二十一世纪议程。
1煤炭简析煤炭是全球范围内分布最广且蕴含量最丰富的化石燃料,它的构成元素比较复杂,其中最主要的物质有碳、氢、氧和硫,这几种元素大约占煤炭资源构成的百分之九十五左右。
煤炭的构成因素多为有机质,这种物质在一定的温度和环境下,经过受热分解就会产生可燃性气体。
煤自燃本身是一个物理化学过程,煤炭中的碳氢氧都是极易发生反应的复制,当他们出现氧化放热反应煤炭与氧气接触后形成物理化学吸附热,煤炭的温度会逐渐上升,从而引发深度的氧化反应,这时煤炭就会释放更多的热能量,热能量达到一定临界点就会发生自燃。
2煤炭自燃的基本条件引起煤炭自燃问题的元素很多,本文选取四种最常见的因素:2.1氧气浓度煤炭中的物质基本都能发生氧化反应,当他们与氧气接触后,煤炭就会出现吸附性然后发生煤炭化化学反应,在反应过程中生成热,提高煤炭的温度。
煤炭自然发火的防治煤炭是一种重要的能源资源,在许多国家都被广泛使用。
然而,煤炭在储存和使用过程中存在发生自然发火的风险。
自然发火是指煤炭在没有外部引火源的情况下,由于自身的热量积累和氧气供应,发生自发燃烧的现象。
这种现象可能会导致严重的火灾和环境污染,因此需要采取一系列措施来预防和控制煤炭的自然发火。
首先,了解和控制煤炭的自燃特性是预防自然发火的第一步。
煤炭的自燃特性是由其含水量、挥发分含量、粒度和矿物成分等因素决定的。
一般来说,含水量较低、挥发分含量较高、粒度较细和矿物成分中含有易氧化物质的煤炭更容易发生自燃。
因此,在储存和使用煤炭时,需要控制这些因素,使其处于一个较低的自燃风险状态。
其次,煤炭的储存条件对防治自然发火至关重要。
将煤炭储存在通风良好的地方,确保充足的氧气供应,有利于防止煤炭中无氧条件下的自燃。
此外,需要将煤炭储存在干燥的地方,避免水分进入煤炭中,造成煤炭自身热量的积累。
同时,避免煤炭和其他可燃物质的接触,以防止火源的引入。
第三,定期进行煤炭储存区域的检查和清理是防治自然发火的重要措施。
查看储存区域中的破损和裂缝,及时修补和加固,以防止煤炭的渗透和积水。
清理煤炭储存区域中的积灰和颗粒物,及时清理和清除可能导致自发燃烧的可燃材料。
此外,定期进行温度检测和监测,及时发现温度异常,并采取相应的措施进行调整。
第四,通过添加化学添加剂来控制和抑制煤炭的自燃也是一种有效的防治方法。
例如,可以向煤炭中添加磷酸盐、过氧化物、硝酸盐等化学添加剂,以控制煤炭自身的氧化速度。
这些添加剂可以抑制煤炭中金属催化剂的作用,减缓煤炭的氧化反应,降低自燃的风险。
最后,加强对煤炭自然发火的监测和预警也是防治自然发火的关键。
通过安装温度、氧气和二氧化碳等监测设备,实时监测煤炭储存区域的温度和气体浓度变化,及时发现异常情况。
在监测设备中设置报警装置,当温度和气体浓度超出预设范围时发出警报,以便及时采取措施进行调整和应对。
防治煤层自然发火管理范文煤层自然发火是指煤层中的煤体在没有外源性热源的情况下,由于内部自燃产热而爆发火灾。
这是一种严重的煤矿安全隐患,不仅会造成人员伤亡,还会造成巨大的财产损失。
因此,科学有效的防治煤层自然发火非常重要。
一、加强煤层自然发火的监测和预测1.建立全面的煤层自然发火监测系统。
通过在矿井中安装温度、氧气、二氧化碳等监测仪器,实时监测煤层的温度、气体浓度等指标,及时发现异常情况。
2.利用现代科技手段进行煤层自然发火的预测。
利用综合地球物理探测技术、遥感技术、数学模型等手段,对煤层自然发火的潜在危险性进行预测,为煤矿的安全生产提供科学依据。
3.加强对煤层自然发火的研究。
加大对煤层自然发火机理、煤与岩石热力学性质以及煤自然发火的影响因素等方面的研究力度,提升对煤层自然发火的认识和理解,为防治工作提供科学依据。
二、加强煤层自然发火的监控和预警1.建立煤层自然发火的监控和预警机制。
通过合理配置监控点位,对矿井工作面、煤柱、采空区等关键部位进行实时监测,并及时发出预警信号,以便采取紧急措施。
2.建立煤层自然发火的预警系统。
利用现代信息技术手段,将监测点位的数据传输到地面指挥中心,并对监测数据进行实时分析和处理,通过预警系统及时准确地发出预警信息,做好应急处理工作。
3.加强对煤层自然发火的实时监控。
利用高清摄像技术、红外线热像仪等设备,对矿井工作面、采空区等关键部位进行实时监控,及时发现异常情况。
三、加强对煤层自然发火的预防和控制1.加强对煤层自然发火的风险评估。
对矿井的地质构造、煤层赋存特征、岩石应力状态等进行全面评估,确定矿井的潜在危险性,及时采取预防措施。
2.加强矿井通风系统的管理。
合理设计矿井通风系统,确保煤层中的气体能够得到有效排除,防止煤层自然发火。
3.加强煤层自然发火的封堵和隔离。
通过灌浆、砌石等方法对煤层裂隙进行封堵和隔离,防止火源的扩散。
4.加强矿井的水管理。
通过合理的排水和加水措施,防止煤层中的水分失去,减少煤自然发火的可能性。
复采工作面自然发火的防治技术范文复采工作面自然发火是煤矿生产过程中的一种常见的危险情况,为了保障煤矿生产安全,必须采取有效的防治措施。
本文将从防治技术的角度出发,详细探讨复采工作面自然发火的防治技术。
一、复采工作面自然发火的原因及危害复采工作面自然发火是指在复采过程中煤炭自燃,产生大量热能和有害气体,对工作面及周边环境造成危害的情况。
其主要原因包括煤炭中存在的可燃气体、温度升高引发的自燃和机械排烟不畅等。
复采工作面自然发火的危害主要表现为以下几个方面:1.工作面热量过高:自然发火会产生大量的热能,导致工作面温度升高,超过矿井的安全温度范围,给工作人员的安全带来隐患。
2.有害气体浓度过高:自然发火会产生大量的有害气体,如二氧化碳、二氧化硫等,超过矿井的安全浓度范围,对工作人员的健康造成威胁。
3.煤矿环境污染:自然发火会产生大量的烟尘和有害气体,对煤矿环境造成污染,影响周边地区的空气质量和植被生长。
4.煤矿设备损坏:自然发火会产生大量的热能,对煤矿设备造成烧损和损坏,增加煤矿的维修成本。
二、复采工作面自然发火的防治技术为了防止复采工作面自然发火的发生,必须采取有效的防治技术。
以下将从通风管理、温控管理、煤炭监测和火源控制等方面进行详细阐述。
1.通风管理通风管理是防治复采工作面自然发火的关键环节,通过合理的通风系统设计和管理,能够有效地减少煤炭自燃的可能性。
(1)增强矿井的通风量:增加矿井的通风量,以保持工作面的氧气浓度在安全范围内,防止煤炭自燃。
(2)改善通风系统:优化通风系统的布局和设计,增加风流的分布均匀性,减少煤炭自燃的可能性。
(3)加强通风设备的维护和管理:定期对通风设备进行检修和维护,确保通风系统的正常运行,提高通风系统的效率。
2.温控管理温控管理是防治复采工作面自然发火的重要措施,通过合理控制工作面的温度,可以有效减少煤炭自燃的风险。
(1)采用降温技术:对于温度较高的工作面,可以采用喷雾降温、冷风降温等技术,有效降低工作面的温度。
煤层自然发火机理及其规律与防治应用【摘要】煤层自然发火是煤矿火灾的一种常见灾害,对矿井生产与人员安全造成严重威胁。
本文从煤矿火灾的危害出发,分析了煤层自然发火的机理,并总结了其规律。
在此基础上,提出了一系列防治措施,并结合实际案例进行了详细说明。
通过对煤层自然发火机理及防治技术的深入研究,可以有效减少煤矿火灾的发生,保障矿井安全生产。
持续完善煤层自然发火防治技术也是至关重要的。
本文旨在探讨煤层自然发火机理及其规律,以期为相关研究和实践提供参考,并促进煤矿安全生产水平的提高。
【关键词】煤层自然发火、机理、规律、防治、煤矿火灾、危害、应用实例、研究、技术、完善。
1. 引言1.1 煤层自然发火机理及其规律与防治应用概述煤层自然发火是煤矿安全中的重要问题,其危害严重影响着煤矿生产和工人的生命安全。
煤层自然发火通常是由于煤体内部的热点区域不断积聚热量,最终引发燃烧而导致火灾。
对于煤矿来说,煤层自然发火的机理分析是非常关键的,只有深入了解发火的原因和过程,才能有效地制定防治措施。
煤层自然发火的规律是指发火在煤矿中的分布和发展规律,只有深入研究这些规律,才能更好地预防和控制煤矿火灾的发生。
针对煤层自然发火的防治措施包括提高通风系统效率、加强地质监测、使用灭火装备等多种方法。
通过实际应用实例的分析,可以更直观地了解煤层自然发火的危害和防治措施的实施效果。
煤层自然发火机理及其规律的深入研究和煤层自然发火防治技术的持续完善,是煤矿安全工作的重要内容,也是煤矿生产中必须重视的问题。
2. 正文2.1 煤矿火灾的危害煤矿火灾是煤矿安全事故中最严重的一种,对人员生命和财产安全都造成严重威胁。
其危害主要包括以下几个方面:煤矿火灾可能导致人员伤亡。
在煤矿火灾发生时,烟尘、高温和有毒气体等危险因素会给被困人员造成伤害,甚至导致窒息、烧伤等重大伤亡事故。
这对矿工及其家属造成了巨大的生理和心理压力。
煤矿火灾会造成严重的经济损失。
煤炭是我国的主要能源资源之一,煤矿火灾不仅会导致煤矿停产,还会破坏设备、矿井结构等,给企业带来巨大的经济损失。
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CO2等。
在这一过程中,随同生成大量的热(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始较快增加,氧化产生的热量也随着成正比增加,并且比空气带出的热量大,加速了自燃进程;同时煤体的温度也影响煤的自燃过程,其影响过程遵循不同的规律,它可能因为散失的热量大于产生的热量而停止升温。
按照煤氧复合作用学说,煤的自燃发展过程一般分为按个阶段,即潜伏阶段、自热阶段、自燃阶段。
1、潜伏期自煤层被开采、接触空气起至煤温开始升高为止的时间区间为潜伏期。
此阶段叫做潜伏阶段。
该阶段是煤自燃的准备阶段(煤的低温氧化过程)。
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。
在潜伏期的长短取决于煤的分子结构、物化性质、煤的变质程度和外部条件。
另外,煤的破碎和堆积状态、散热和通风供氧条件等,对潜伏期的长短也有一定影响。
不同的煤层潜伏期是不同的,如褐煤几乎没有潜伏期,而烟煤则需要一个相当长的准备阶段。
经过潜伏期后的煤的燃点会降低,表面的颜色变暗。
潜伏期的特征是:煤的表面生成不稳定的氧化物(OH、COOH 等)氧化放出的热量很少,能及时放散,煤温和巷道空气气温不变,但煤的比重略有增加,煤被活化(化学性增加),煤的着火点降低。
2、自热期经过潜伏阶段后,煤的氧化速度加快,不稳定那个的氧化物先后分解成水、CO2、CO。
氧化产生的热量使煤温上升,当温度超过临界温度(一般为70℃)以上时,煤温急剧增加,氧化加剧,煤开始出现干馏,生成碳氢化合物,如H2、CO、CO2等气体,煤呈赤热状态,当达到着火点温度以上便燃烧。
这一阶段为煤的自热阶段,又称自热期。
自热过程是煤氧化反应自动加速、氧化生成热量逐渐积累、温度自动升高的过程。
其特点是:①氧化放热较大,煤温及其环境(风、水、煤壁)温度升高;②产生CO、CO2和碳氢类C m H n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,遇冷会在巷道壁上凝结成水珠,即出现所谓“挂汗”现象;④微观结构发生变化。
自热阶段的发展是有两种可能,一种是煤温持续上升到着火温度(T2),导致自燃(煤的着火温度因煤种不同而不同,见下表);另一种发展是由于外界条件的变化(改变了散热条件,使散热大于生热;限制供风,使氧浓度降低至不能满足氧化的需要),使煤体温度降下来,氧化过程逐渐终止,煤将不会发展到自燃阶段,而进入风化阶段。
风化后的煤物理化学性质发生变化,失去活性,不会再发生自燃。
图1-13、自燃期自热阶段后期,煤温达到其自燃点后,若得到充分的供氧,则发生燃烧,出现明火,这时会生成大量的高温烟雾,其中含有CO、CO2以及碳氢化合物;若煤温达到自燃点,但供氧不足,则只有烟雾而无明火,此称为干馏或阴燃。
煤炭干馏或阴燃与明火燃烧稍有不同,CO多于CO2,温度也较明火燃烧要低。
自燃阶段是煤从低温氧化发展成自燃的最后一个阶段,其主要特征是:空气中氧含量显著减少,CO2的数量倍增,同时由于燃烧不完全和CO2受热分解,而产生更多的CO,巷道中出现浓烈的火灾气味和烟雾,有时还出现明火,火源温度可达1000℃以上。
从煤的自然发展过程可见,煤自燃实质是其自身氧化速度加快的过程,其氧化速度之快,以致产生的热量来不及向外界放散,而导致了自燃。
煤的氧化过程可以人为地使之减速或加速,掺入碱类化学物质(如双氧水)可以加速氧化进程,而掺入氯化物(如工业氯化钙)可以抑制煤的氧化进程。
三、影响煤炭自燃的因素(一)煤的自然倾向性煤的自然倾向性是指每自燃的难以程度,它主要受下列因素影响:1、煤的变质程度煤的变质程度是影响煤炭自燃倾向性的决定性因素。
各种牌号的煤都有发生自燃的可能,变质的程度低的煤层(如褐煤、长焰煤和气煤等)自然发火较多,自燃危险性较大;变质程度高的煤层(如无烟煤)自然发火较为少见,自燃危险性较小。
但绝不能以煤化程度作为判定自然倾向性大小的唯一标志。
因为生产实践证明,煤化程度相同的煤,有的具有自然特性、有的却不自燃。
就整体而言,煤的自然倾向性随煤的变质程度增高而降低,即自然倾向性从褐煤、长焰煤、烟煤、焦煤至无烟煤逐渐减小;局部而言,煤层的自然倾向性与煤的变质程度之间表现出复杂的关系,即同一煤化程度的煤在不同的地区和不同的矿井,其自然倾向性可能有较大的差异。
2、煤岩成分煤岩成分对煤的自然倾向性表现出一定的影响,但不是决定性因素。
煤的岩石化学成分有丝煤、暗煤、亮煤和镜煤,它们有不同的氧化性。
具有纤维构造而表面吸附能力很高的丝煤在常温下吸氧能力极强,着火点低(仅为190℃~270℃),可以起到“引火物”的作用。
所以,含丝煤越多,自然倾向性就越强;相反,含暗煤越多,月不易自燃。
各种单一的煤岩成分具有不同的氧化活性,其氧化能力按镜煤>亮煤>暗煤>丝煤的顺序递减。
3、煤的含硫量煤中含有的硫和其他催化剂,则会加速煤的氧化过程。
同牌号的煤中,含硫矿物(如黄铁矿)越多,越易自燃。
这是由于煤中所含的黄铁矿在低温氧化时生成硫酸铁和硫酸亚铁,体积增大,使煤体膨胀而变的松散,增大了氧化表面积,同时黄铁矿氧化时放出来的热量也促进了煤炭自燃。
因此,黄铁矿的存在,将会对煤的自燃起加速作用,其含量越高,煤的自燃倾向性越大。
统计资料表明,含硫量大于3%的煤层均为自然发火的煤层,其中包括无烟煤。
4、煤中的水分煤中的水分是影响其氧化进程的重要因素。
煤的外在和内在水分以及空气中的水蒸气对褐煤和烟煤在低温氧化阶段起一定的影响,既有加速氧化的一面,也有阻滞氧化的因素。
在煤的自热阶段,由于水分的生成与蒸发必然要消耗大量的热,煤体中外在的水分没有全部蒸发之前温度很难上升到100℃,这就是水分大的煤炭难以自燃的原因。
但是,煤中的水分又能填充于煤体微小的空隙中,把氮气、二氧化碳、甲烷等气体排除,当干燥以后对煤的吸附能力起到活化作用。
所以,煤的水分足够大时,会抑制煤的自燃,但失去水分后,其自燃危险性将会增大。
另外,对于含有黄铁矿的煤层,水分是促使黄铁矿分解不可缺少的条件。
从这方面来看,水分又有利于煤炭自燃的发生.图1-2是某矿统计的煤层含水率于自然发火的关系。
图1-2由图1-2可以看出,在158此自然发火事故中,有117次发生在煤层含水率在1%~4%的煤层,占发火总数的74.05%;而发生在煤层含水率小于1%或大于4%的自然发火仅为25次,占发火总数的15.82%。
因此,在开采过程中经常保持煤层中的含水率大于4%,对减少煤的自燃、降低煤尘发生量和减轻冲击地压的发生频率及强度都是有益的。
5、煤的孔隙率和脆性煤的孔隙率和脆性对煤的自然倾向性影响也较大。
煤炭孔隙率越大,越易自燃。
这是因为空隙率大,氧气越易渗入煤的内部。
变质程度相同的煤,脆性越大,越易自燃。
因为煤的脆性大小与该种煤炭是否易于破碎和形成煤粉有关。
完整的煤体一般不会发生自燃,一旦呈破碎状态则使煤的吸氧表面积增大,着火点明显降低,使其自燃性显著提高。
6、煤层瓦斯含量瓦斯通常是以游离状态和吸附状态存在于煤的空隙、裂隙、裂缝中和微孔隙表面,这两种瓦斯是以压力状态存在的,在煤层卸压、温度上升等客观条件影响下,吸附的瓦斯会发生解吸现象,转变成游离瓦斯。