關(guān)于煤炭自燃特性的分析——煤堆測溫系統(tǒng)

煤炭是中國的基礎(chǔ)能源和重要原料，在國民經(jīng)濟(jì)中占有重要地位。新中國成立以來，特別是改革開放以來，在黨和政府的堅(jiān)強(qiáng)領(lǐng)導(dǎo)下，經(jīng)過幾代煤炭人艱苦卓絕的努力，中國煤炭工業(yè)由小到大、由弱到強(qiáng)，從落后的手工開采方式，到建設(shè)機(jī)械化、現(xiàn)代化的煤炭，有了長足的發(fā)展和進(jìn)步。中國煤炭產(chǎn)量由1949年的3243萬t，發(fā)展到2010年的32.4億t，61年間總計(jì)生產(chǎn)煤炭519.4億t。數(shù)據(jù)表明煤炭在我國的使用量正在逐年增加。

但是關(guān)于煤炭的存儲問題正逐漸明朗化，儲煤場的火災(zāi)事故在頻繁發(fā)生，煤炭的自燃嚴(yán)重威脅著煤場的生產(chǎn)安全，給人們的生產(chǎn)生活帶來了安全隱患。為了杜絕此類火災(zāi)事件的發(fā)生，研究煤炭自燃發(fā)火的早期預(yù)測越來越受到人們的重視，因此，分析出煤炭自燃自熱的原理工作是迫在眉睫的。有早期的研究文獻(xiàn)指出：早在17世紀(jì)，英國的Plolt和Berzelius提出了黃鐵礦導(dǎo)因說：煤中黃鐵礦的存在是導(dǎo)致自燃的原因，黃鐵礦氧化后會成為三氧化二鐵和三氧化硫，同時(shí)伴隨著熱量的放出。在有水分參加的情況下，還可以形成硫酸，硫酸是一種很強(qiáng)的氧化劑，它能加速煤的氧化、促進(jìn)煤的自燃。但是，并不是說只要煤自燃其中就含有大量黃鐵礦，有些不含或含有少量黃鐵礦的煤也會出現(xiàn)自燃現(xiàn)象。因此，黃鐵礦的學(xué)說并沒有得到很大的支持。此后，1927年英國學(xué)者Potter，M.c等人又提出了細(xì)菌導(dǎo)因說，1940年，前蘇聯(lián)學(xué)者B.B.TpoNoB提出煤的自燃是由于煤體內(nèi)不飽和的酚基化合物強(qiáng)烈吸附空氣中的氧同時(shí)放出一定熱量所致。國內(nèi)外的學(xué)者又以煤的吸氧量為依據(jù)，提出了引起煤自燃的煤氧復(fù)合理論，此理論得到人們的廣泛接受。

煤體要發(fā)生自燃必須具備低溫氧化性，即有自燃傾向的煤以破碎狀態(tài)存在；還要有大于12%氧含量的空氣通過這些碎煤，空氣流動的速度適中，使破裂的煤體有積聚氧化熱的環(huán)境，在這些條件具備的狀態(tài)下，持續(xù)一定時(shí)間便可達(dá)到著火點(diǎn)，但是在實(shí)際中找出某幾次的煤自燃發(fā)火條件是*相同的是件很困難的事情，這樣一來，就很難對煤炭自燃的條件做出定量的分析。煤的自燃一般經(jīng)過三個時(shí)期：潛伏期、自熱期和燃燒期。潛伏期的長短取決于煤的變質(zhì)程度和外部條件，自熱期煤的氧化速度增加，不穩(wěn)定的氧化物先后分解出水、二氧化碳和一氧化碳。氧化產(chǎn)生的熱量使煤的溫度升高，待到煤成赤熱狀態(tài)，達(dá)到著火溫度以上時(shí)便可燃著；燃燒期是煤從低溫氧化發(fā)展成自燃的后一個階段，主要特征是空氣中含氧量顯著減少，二氧化碳數(shù)量倍增，因燃燒不*產(chǎn)生較多的一氧化碳，巷道中出現(xiàn)濃烈的火災(zāi)氣味和煙霧，有時(shí)還出現(xiàn)明火，火源溫度達(dá)到1000℃。

此外，煤的自燃還常常伴隨著煤的自熱。煤自熱時(shí)發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)需要有水的參與，煤中的水分對其氧化速度影響很大，內(nèi)在水分大的煤其孔隙度大，因而容易被氧化；外在水分高的煤，由于空氣中的氧不易滲透到煤的內(nèi)部孔隙，因而不易氧化。煤炭自熱發(fā)出的熱量Q自同日照的熱傳遞Q日之和等于煤堆溫度升降變化的熱量同煤堆向外散發(fā)熱Q散之和。煤的自熱自燃是一個復(fù)雜的氧化過程，并非在煤與空氣一接觸就發(fā)生，而是要經(jīng)過相當(dāng)長的時(shí)間之后才能進(jìn)行。自熱時(shí)的化學(xué)反應(yīng)需要有少量水參加，煤質(zhì)本身對煤自熱敏感性也有顯著的影響。煤的品級表明了煤的變質(zhì)程度，常用揮發(fā)分含量和含煤量表示。品級低的純煤自熱熱敏感性高，而且，隨著煤的品能升高其自熱敏感性下降。因而，干燥褐煤易自熱而無煙煤幾乎不自熱。

煤層自燃火災(zāi)危及人員生命，是煤礦的自然災(zāi)害之一，每場火災(zāi)發(fā)生輕則影響生產(chǎn)，重則燒毀設(shè)備及有用資源，更嚴(yán)重的則可能造成人員的傷亡及重大的惡性事故，嚴(yán)重地危害著礦井安全與正常持續(xù)生產(chǎn)。煤自燃問題早就成為了煤炭行業(yè)廣為關(guān)注并力圖治理的主要災(zāi)害之一，由以上對煤炭自燃的研究分析得知，要防止煤的自燃就必須要了解煤氧化的程度。筒倉內(nèi)部的煤是容易自燃的，要做到及早的預(yù)防是不容易的，因此，只有研制出能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測筒倉內(nèi)溫度及氧化出的可燃?xì)怏w的濃度的機(jī)構(gòu)，才能夠確保儲煤系統(tǒng)的安全運(yùn)行。

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