第三章煤炭自燃的理论基础.ppt

第三章煤炭自燃的理论基础,3.1煤炭自然机理的学说3.2煤的氧化特性3.3影响煤炭自然发火的因素3.4煤的自燃过程及特点,3.1关于煤炭自燃的学说,1.黄铁矿学说英国人PlotBeizelins于1886年提出.2FeS22H2O7O2→2FeSO42H2SO4Q112FeSO46H2O3O2→4Fe2SO434FeOH3Q2FeS2Fe2SO433O22H2O→3FeSO42H2SO4Q3,黄铁矿,,潮湿的环境下,产生SO2、CO2、CO、H2S,,Q4,,2.细菌作用学说,英国人帕特尔（potter.M.C）于1927年提出。学说认为在细菌的作用下，煤在发酵的过程中放出一定的热量，此热量对煤的自燃起到决定性的作用。,原苏联学者1947年斯阔成斯基，1956年札娃尔齐（化学基链反应）,自燃倾向性的煤,放在100℃的真空烘箱中,烘烤20h,,,细菌死亡,自燃倾向性不变,,英国人温米尔与格拉哈姆,,3.酚基作用学说,1940年苏联学者特龙诺夫提出,煤的自燃,依据,酚基是最容易氧化,,纯氧接触,其他氧化剂接触,,不饱和酚基化合物,吸氧,,,4.煤氧化合作用学说-绝大多数都认可,1945年姜内斯提出，在常温下煤的吸氧量可达0.4ml。,六十年代我国煤科院抚顺分院曾以煤的吸氧量作用为作为区别煤自燃倾向性大小的指标。,1870年瑞克特实验,发现,0.10.5ml,1g煤,,24h,,30℃,吸氧量,,100g煤,96h,300ml,,不自燃煤层,自燃煤层,易自燃煤层,,,4.煤氧化合作用学说-绝大多数都认可,1951年苏联学者维谢洛夫斯基等人提出煤的自燃是氧化过程是自身加热的最后阶段，并非在任何一种煤的氧化都能导致自燃，只有在适当的条件下，氧化过程的自身加速才能导致自燃。,是可以理解的,煤氧化合作用学说,煤,氧,,,,煤对氧的吸附,,,物理吸附,化学吸附,,,找准自燃的原因对内因火灾的防治有指导意义。,细菌作用学说,酚基作用学说,,虽不能作为解释煤炭自燃的完美的学说，但在某一地区、某一矿井，或某一类另的煤来说，他们却可能成为形成自燃的特殊因素,黄铁矿学说,,煤氧化合作用学说,3.2煤的氧化特性,评价煤氧化能力的指标从煤氧化合学说观点出发，评价煤的自然倾向性－煤的吸氧速度。,评价煤的自然倾向性,,,煤在低温下25～50℃,吸氧量,吸氧速度,吸氧速度常数ml/h.Kg在一定实验条件下取某一段时间间隔内吸氧速度的平均值。,3.2煤的氧化特性,１、各种牌号煤在常温下都吸氧，但吸氧速度常数不同。２、煤的吸氧速度与所在空气中的氧浓度成正比dm/dτUC３、在氧化煤的温度不变的条件下，吸氧速度常数随时间按指数规律衰减Ｕ＝Ｕ1τ-H,3.2煤的氧化特性,４、吸氧速度常数Ｕ与煤自身温度之间符合幂函数关系Ｕ＝Ｕ0e2.3Btt0５、煤因在氮气中加热而活化６、吸氧速度常数Ｕ与粒度之间的关系7、煤层氧化后其燃点降低。降低值反映氧化能力）,3.3.1影响煤炭自然发火的因素,煤炭自然发火期从煤炭被开采暴露空气之日起，至发火之日止,经过的时间,称为自然发火期。自然发火在理论上，自然发火是指有自燃倾向性的煤层被开采破碎后在常温下与空气接触，自身发生氧化，产生热量并部分积聚，使其温度升高达到燃点出现发火和冒烟的现象，叫自然发火。,3.3.1影响煤炭自然发火的因素,自然发火危险性是指在开采过程中煤炭实际自然发火概率的大小.煤层的自燃倾向性是煤本身具有的自燃特性，表示其在常温下与空气接触，发生氧化而导致自燃的可能性.,一、煤炭自燃倾向性内因1、煤化程度（变质程度）；2、煤岩成分；3、煤中的瓦斯含量；4、水分；5、煤中的硫和其它矿物质；,3.3.2影响煤炭自然发火的因素,3.3.2影响煤炭自然发火的因素,二、地质因素（外因）１、煤层厚度和倾角煤层厚度或倾角越大，自燃危险性就越大；,倾角对于褐煤影响不明显，主要对烟煤和无烟煤而言,二、地质因素（外因）,2、地质构造煤层地质变动较大的地区煤层自燃发火危险性越大；3、围岩性质煤层自然发火与煤层顶底板岩石的物理机械性能（结构、硬度、可塑性）有关，如果顶板坚硬不易冒落，则易造成煤层和煤柱破坏，从而更容易导致自燃发火。4、开采深度5、近距离煤层同时开采时错距和相错时间不太合理会增大自燃发火危险性。,三、开采技术水平对自燃发火的影响（外因）（一）矿井开拓方式和采区巷道布置矿井开拓方式和采区巷道布置决定着井下保护煤柱的数量及其大小，以及所留煤柱受压与破碎程度，即决定了可燃物的分布和集中情况，又决定向这些可燃物供风的状态和时间。（二）回采方法和回采工艺先进的采煤方法可以提高回采率，减少采空区遗煤，消除自燃的物质基础。（三）通风条件主要表现在采空区、煤柱、煤壁裂隙的漏风。漏风使这些地点煤氧化生热，生热多少和生热能否积聚取决于漏风风速的大小。,3.3.2影响煤炭自然发火的因素,影响采空区自然的因素,采空区三带的划分散热带（10～15m）自燃带（60m左右）窒息带距工作面较远采空区遗煤自燃的条件及其影响因素自燃带最大宽度工作面的推进速度（通风阻力，推进速度）,3.4煤的自燃过程,一、煤炭自燃条件１、有自燃倾向性的煤被开采后呈破碎状态；２、有较好的蓄热条件；３、有适量的通风供氧；４、上述三个条件共存的时间大于煤的自燃发火期，这是煤炭发生自燃的必要条件。,二、自燃过程及特点,自燃阶段分为潜伏期、自热风化、自燃、熄灭潜伏期特点1、经过潜伏期后煤的燃点降低，降低值取决于氧化程度和煤质；2、因吸附大于解吸，故重量增加；3、原子或原子团的活化能增加；4、煤表面的颜色变暗。,潜伏期的长短取决于煤质，即煤的分子结构、物化性质。,自热过程特点1、煤及环境温度升高2、产生ＣＯ、CO2和碳氢（CmHn类气体，并伴有煤油味和其它芳香气味；3、火源附近出现雾气，在巷道壁面上凝结成水珠，即出现所谓的“挂汗”现象。4、在微观结构发生变化红外光谱变化,3.4煤的自燃过程,这些征兆为我们预报自燃发火提供了科学依据。,烟煤自燃过程图,