煤炭自燃原理分析——煤堆測溫係統

煤炭自燃原理分析——煤堆測溫係統

自燃，顧名思義(yi) 就是自發燃燒，煤自燃就是煤不經點燃而自行著火的現象。直到目前為(wei) 止，人們(men) 對煤的自燃做出了很多研究，先後提出了黃鐵礦導因說、細菌導因說、酚基導因說、煤氧複合學說、自由基作用學說、氫原子作用學說、電化學作用學說、基團作用理論等多種煤自燃理論。但是由於(yu) 煤的結構複雜，對煤自燃的原因、機理和反應曆程仍然沒有研究透徹。目前被人們(men) 廣泛接受的煤氧複合理論認為(wei) ，煤自燃的主要原因是低溫下煤與(yu) 空氣中的氧相互作用，導致煤緩慢氧化並釋放熱量，當煤所積聚的熱量無法向四周擴散時，或者熱量保存在煤堆中時，熱量逐漸積累使煤溫不斷上升至著火點，終引發自燃。煤炭之所以會(hui) 燃燒，是因為(wei) 煤炭存在內(nei) 在的自燃性，也就是關(guan) 於(yu) 煤炭自燃難易程度的本質屬性。

煤是否容易自燃存在根本因素，那就是是煤大分子結構的化學活性。一般認為(wei) ，煤的芳香結構的聚合度越高，它的化學穩定性也越高，對氧化的抵抗力也越大，自燃的傾(qing) 向性也越小。其中，煤和空氣接觸發生氧化反應是煤自燃的根本原因，水分和硫分等其他因素均為(wei) 促使煤堆自燃發火的誘因。

近年來，儲(chu) 煤筒倉(cang) 中煤炭自燃引起的火災事故嚴(yan) 重威脅著工作人員的生命安全，筒倉(cang) 爆炸、燒毀設備等一係列不安全的事故使人們(men) 的生產(chan) 、生活不能正常繼續。為(wei) 此，關(guan) 注煤的自燃問題也成為(wei) 了煤炭行業(ye) 的緊急要務。煤中含有的C、H等元素在常溫下就可以發生反應，生成可燃物CO、CH4 及其他烷烴類物質。煤的氧化屬於(yu) 放熱反應，若筒倉(cang) 內(nei) 的熱量不能及時被釋放掉，將會(hui) 導致堆煤的溫度升高，反過來就會(hui) 加速煤的氧化，放出更多的可燃質和熱量。當熱量聚集，溫度上升到一定值時，即會(hui) 引起可燃物質燃燒而自燃。另外堆煤發生自燃要同時具備以下四個(ge) 條件。

1）自燃傾(qing) 向性  自燃傾(qing) 向性是煤的一種自然屬性，反映了煤的變質程度，水分、灰分、含硫量、粒度、孔隙度、導熱性是煤自燃的基本條件。煤在常溫下的氧化能力主要取決(jue) 於(yu) 揮發分的含量，揮發分含量越高，自燃傾(qing) 向性越強，而且自燃時間也會(hui) 相應縮短。

2）供氧條件  氧氣的存在是煤發生自燃的必然條件，堆煤表麵暴露於(yu) 空氣中，與(yu) 空氣充分接觸，空氣通過煤塊之間的空隙滲透到煤堆內(nei) 部，給煤堆內(nei) 部的氧化創造了條件。煤的塊度越大，煤塊之間的間隙越大，其供氧條件越好。

3）氧化時間  煤從(cong) 氧化發展到自燃有一個(ge) 過程，低溫階段煤氧化過程進展緩慢，放出的熱量也相對較少，而且散失掉大部分熱量，隻有少部分熱量促使煤溫緩慢升高，氧化時間達到自燃發火期才能自燃。煤炭從(cong) 開始接觸氧氣到自燃，不同的煤種所經曆的時間不一樣，人們(men) 把煤炭接觸氧氣到自燃的時間叫做自燃發火期。影響自燃發火期的因素有很多，如煤的內(nei) 部結構和物理化學性質、被開采破壞後的堆積狀態參數、裂隙或空隙度等。

4）儲(chu) 熱條件  煤在氧化的過程中放出熱量，如果環境不利於(yu) 熱量積聚，煤體(ti) 就不會(hui) 產(chan) 生明顯的升溫而發生自燃。而熱量能否積聚主要取決(jue) 於(yu) 風流速度。風速過小，供氧量不足，煤不易氧化自燃；風速過大，熱量不易積聚，煤氧化升溫過程難以持續穩定的發展，也不能發生自燃。隻有當放出的熱量大於(yu) 散發掉的熱量時，才能使熱量聚積，溫度上升。

煤要發生自燃上述四個(ge) 條件缺一不可。此外，根據煤堆放的位置以及以往發生自燃的實際情況分析，煤堆發生自燃的部位既不在煤堆的表麵，也不在煤堆深部，而是在表層以下的1~4m左右。煤在自然堆積的狀況下，可分為(wei) 3層，見下圖：

煤堆自然分布剖麵圖

1——冷卻層：煤堆的表層，約0.5~1.5m厚，該層煤較鬆散，有空氣接觸充分，雖發生氧化反應，但散熱條件好，所以不會(hui) 發生自燃。

2——氧化層：該層位於(yu) 冷卻層以下，厚度在1~4m左右，具備自燃的所有條件，達到自燃發火期即會(hui) 自燃。

3——窒息層：該層位於(yu) 氧化層以下，煤層相對壓實，供氧不充分，且含水率較高，氧化程度較低，不易發生自燃。

煤在自然堆放時，一般中心部位處顆粒較細，越往四周顆粒越粗，相應的，從(cong) 中心往四周，空隙越來越大，通風散熱條件越來越好，冷卻層和氧化層越來越厚。自燃一般發生在氧化層。同時伴隨著溫度升高、冒熱氣、冒煙等現象。當發現煤堆上某處釋放熱氣或冒煙，那麽(me) 自熱或自燃點一定在該部位垂直向下的氧化層內(nei) ，因為(wei) 受煤的自熱或自燃的熱壓作用，氣體(ti) 流動方向為(wei) 垂直向上方向。一旦某個(ge) 部位發生了自燃，也會(hui) 改變其上部冷卻層的受熱條件，使冷卻層也自燃。

 總之，影響煤自燃的因素還有很多，煤炭的自燃給人們(men) 的生產(chan) 生活帶來了很多危害，像是給露天礦帶來了邊坡穩定問題，增加了日常邊坡管理的難度；給儲(chu) 煤筒倉(cang) 的運行帶來了不安全的因素；煤自燃所產(chan) 生的大量有毒、有害氣體(ti) 很難排除，使現場工作人員的身體(ti) 受到傷(shang) 害，而且還汙染了環境。防治煤炭自燃是一項長期艱巨的任務，隻有研發出先進的儲(chu) 煤筒倉(cang) 監測監控設備，才能更好地監測煤炭的自燃，才能更好地防止煤炭危險事故的發生。

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