煤炭自燃機理

人們從17世紀開始探索煤炭自燃機理,先後提出多種闡述煤炭自燃機理的學說,其中主要有黃鐵礦作用學說、細菌作用學說、酚基作用學說以及煤氧化合學說等。

目前被人們認可的、比較合理解釋煤的自燃機理的學說為煤氧化合學說,這種學說認為,煤在常溫下吸附空氣中的氧,並發生氧化反應,生成熱量,熱量積聚,導致煤的自燃。

煤炭自燃的基本條件

煤炭自燃的形成必須具備以下四個基本條件:

(1)煤本身具有自燃傾向性。這是煤自燃的內在因素,與煤本身所含化學成分有關。

(2)煤呈破碎狀態存在。煤破碎以後,接觸氧的表面積增大,吸附氧的能力大大增強,容易氧化產生大量的熱量。

(3)連續供氧。緩慢地連續供氧能使煤的氧化繼續。

(4)熱量易於積聚。發生自燃的地點,通風不暢(如採空區、煤柱裂縫、浮煤堆積處等),煤氧化產生的熱量不易散發出去,熱量逐漸積累,溫度不斷升高,當達到燃點溫度時煤就燃燒起來。

煤本身具有自燃傾向性是形成煤炭自燃的內在條件,是內因;而後三個條件是煤炭自然發火的外在因素,是外因,可以人為地控制。預防煤炭自燃火災的發生,應設法避免後三個條件的形成。

煤炭自燃的發展過程

煤炭的自燃過程按其溫度和物理化學變化特徵,分為潛伏期、自熱期、自燃期和熄滅四個階段,如圖4-1所示。潛伏期與自熱期之和為煤的自然發火期。

煤炭自燃機理 煤炭自燃機理

(1)潛伏期。自煤層被開採、接觸空氣起至煤溫開始升高的時間區間稱為潛伏期。在潛伏期,煤與氧的作用是以物理吸附為主,放熱很小;煤的質量略有增加,增加的質量等於吸附氧的質量,煤的化學性質變得活潑,煤的著火溫度降低。

(2)自熱階段。煤溫開始升高至其溫度達到燃點的過程叫自熱階段。自熱過程是煤氧化反應自動加速、氧化產生熱量逐漸積累、溫度自動升高的過程。具有以下特點:①氧化放熱較大,煤溫及其環境溫度升高;②空氣中CO、CO含量顯著增加,並散發出煤油味和其他芳香氣味;③有水蒸汽生成,火源附近出現霧氣,在支架及巷道壁上凝有水珠;④微觀結構發生變化。

(3)燃燒階段。煤溫達到其自燃點後,若能得到充分的供氧(風),則發生燃燒,出現明火。這時會產生大量的高溫煙霧,其中含有CO、CO以及碳氫類化合物。若煤溫達到自燃點,但供風不足,則只有煙霧而無明火,此即為乾餾或陰燃。

(4)熄滅。及時發現,採取有效的滅火措施,使煤溫降至燃點以下,燃燒熄滅。

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