摘要: 煤炭自燃既浪费资源、污染环境,又对煤炭的装车、运输造成安全隐患。本文通过煤的自燃性倾向分析;从煤质鉴定角度,期望有关方面对煤矿安全采取科学、严谨措施,防止煤自燃事故发生。

Abstract: Coal spontaneous combustion not only wastes resources and pollutes the environment, but also causes safety hazard. Based on the analysis of coal spontaneous combustion, from the angle of appraisal of coal quality, this paper expects related departments to adopt scientific and rigorous measures to prevent spontaneous combustion accidents.

关键词: 煤的自燃性倾向;着火点;煤矿安全

Key words: coal spontaneous ignition orientation; ignition point;coal mine safety

中图分类号:TQ534文献标识码:A文章编号:1006-4311(2010)19-0227-01

1煤的自燃机理

破碎的煤炭及采空区中的遗煤接触空气后,氧化生热,当热量积聚、温度升高、超过临界温度时,最终导致着火,此种现象称为煤的自燃。近十多年来,国内外学者从不同的角度、采用不同的方法对煤自燃的机理进行了研究,并取得一些新的进展,主要体现在以下几个方面。①利用热分析技术研究煤自燃机理。②从煤的活化能入手研究煤自燃机理。③从煤分子结构模型入手研究煤的自燃机理。④从煤氧化学反应和表面反应热的角度研究煤自燃机理。⑤从煤岩相学角度研究煤的自燃机理。根据煤的氧化放热特性和实际开采条件,预测煤炭自燃发火危险性的技术主要有自燃倾向性预测法、综合评判预测法、统计经验法和数学模型预测法等。

2煤自燃倾向性鉴定

目前我国采用的是动态物理吸附氧气的方法来鉴定煤自燃倾向性,即色谱吸氧鉴定法。该方法是以每克干煤在常温(30℃)、常压(101325Pa)下的物理吸附氧量作为分类的主指标,将煤的自燃倾向性等级分为容易自燃、自燃和不易自燃三类,具体鉴定方法和分类指标见文献。我国现行煤自燃倾向性鉴定方法显然不能够体现煤自燃的本质特性,表现在:

① 我国现行煤炭自燃倾向性是一种间接的测试方法,并且还没有证据表明煤在某一温度点对氧的吸附能力同煤的自燃倾向性有必然的联系。煤物理吸附氧的能力与煤表面性质和孔隙结构相关,是煤物理特性的一种表现。同时,在低温环境下煤的吸氧量也不代表参加氧化反应的氧气量,参加氧化反应的氧量主要取决于煤体中具有氧化反应活性结构数目,也就是说煤自燃特性更多表现为煤化学特性。因此,只有对煤低温氧化特性的测试才能真正反应煤的自燃倾向性。②煤自燃过程不但有物理吸附氧,而且还包括更重要的煤与氧的化学吸附和化学反应过程。煤自燃最主要的原因是煤氧化过程释放的热量,并且热量不断积累导致煤体温度不断上升直至达到煤的着火点而自发燃烧起来。这一观点得到了所有学者的认同并形成定论。但是,我国现行煤炭自燃倾向性鉴定仅仅测试出煤在30℃时煤物理吸附氧量的大小来确定煤的自燃倾向性,根本体现不出煤自燃过程煤与氧的化学反应放热特性,并且国际上也没有采用这类鉴定方法。③我国现行煤自燃倾向性鉴定对不同煤种的分类标准不一样,即鉴定结果及其分类与煤种挂钩,如相同的物理吸附氧气量,要考虑是褐煤、烟煤或者无烟煤,是否是高硫煤等,采用双重标准,这也是缺乏科学依据,显然不能够统一度量煤的自燃倾向性的强弱,更不能够解释煤物理吸附氧能力与煤自燃倾向性之间的关系。无烟煤的自燃性一般较褐煤和烟煤低,但是大部分无烟煤的吸氧量反而较大,这就与该法的分类原则相矛盾。同时,煤物理吸附氧量是随温度而变化的,按照某一恒定温度(30℃)的吸附结果来判定煤的吸氧量大小也不够准确。

3选择煤自燃倾向性鉴定指标需遵循的原则

在对煤自燃过程及表现特性进行分析,在对国内外煤自燃倾向性鉴定充分调研的基础上,我们认为煤自燃倾向性指标的选择应该遵循如下原则:①煤自燃是一个复杂的物理化学反应过程,煤自燃倾向性指标应该是与过程相关的量;②煤自燃过程关键的是其低温氧化阶段,即70~80℃以下阶段(实践中一般认为70℃左右煤就已经自燃了),因此煤自燃倾向性指标要能够反应出低温阶段氧化反应能力;③煤自燃过程主要是氧化反应,因此煤自燃倾向性指标应该能够体现出煤氧化反应能力的指标参数;④煤自燃倾向性是表征煤本身自燃性的一种表现形式,因此煤自燃倾向性指标应该不受煤自燃的各种外在因素的影响,特别是与环境散热交换和外在水分的影响。

4煤自燃倾向性测定中存在的问题及其他

①煤种较齐全。其中,储量与产量最大的为易自燃的长焰煤。易自燃煤和自燃煤的比例相当高,占50%左右;而从煤的实际产量比例看,远远大于该数字。因此,各矿区预防自燃发火的工作很重要,也很艰巨。此外,露天煤堆(煤矿煤场的煤堆与仓库煤堆)由于氧化也易自燃。②煤矸石山。煤矸中含大量碳质成分,多年堆积后,其中的碳质成分也能自燃。甘肃某大矿曾发生过矸子山爆炸事故。它是自燃后所形成的CO2与CO聚集,最后形成巨大内压发生爆炸,死伤多人。这是甘肃煤矿历史上的一起重大事故。③从2002年到2003年,各地区中、小煤矿均送来煤样进行自燃性倾向鉴定。这体现了煤矿安监局与各矿对煤矿安全的重视。但是,由于采样不典型、不规范,自采自送,很难说明其代表性。《煤矿安全规程》要求,生产矿井延深新水平时,必须对所有煤层的自燃性倾向进行鉴定。所以,煤的自燃性倾向鉴定要经常做,而不能一阵风。

研究煤炭自燃规律首先要研究煤的内在自燃性,目前定义煤内自燃性采用的技术述语是煤的自燃倾向性,即关于煤炭自燃难易程度的本质属性,以每克空气干燥基煤在常温、常压下的吸氧量作为分类的主指标。煤是一种非均相的,以有机物为主,并含有无机物的矿物混合物,它既是一种可燃物质,又是一种自燃物质。当煤氧化所积蓄的热量无法向四周扩散而保留在煤堆中时,如因不断氧化使温度升高到该种煤的燃点时,就会发生自燃现象。这种由缓慢氧化而引起的煤炭自发的燃烧叫做煤炭的自燃。由于影响煤氧化自燃的因素复杂,因此,控制煤的氧化自燃一直是煤矿日常管理的重要内容。目前,人们的观念已从原有的“灭”转变到“防”上来,因此,研究煤的自燃倾向特征性指标的监测方法已受到高度重视。

参考文献:

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