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1定義

暴露在空氣中的煤,由於氧化放熱導致溫度逐漸升高,至70~80℃以後溫度升高速度驟然加快,當達到煤的著火點(300~350℃)時,引起燃燒,這種現象稱為煤層自燃。

2自燃條件

煤的自燃經過的三個時期
1. 煤的自燃發展,一般要經過三個時期,即準備時期,又稱潛伏期;自熱期;最後進入燃燒期。
1.1 潛伏時期。煤自燃的潛伏時期即煤的低溫氧化過程,潛伏時期即準備階段的長短取決於煤的變質程度和外部條件,如褐煤幾乎沒有準備時期,而煙煤則需要一個相當長的準備時期。
1.2 自熱期。經過潛伏期,煤的氧化速度增加,不穩定的氧化物先後分解成水、二氧化碳和一氧化碳。氧化產生的熱量使煤的溫度上升,當溫度超過臨界溫度T=60~80℃時,煤的溫度急劇增加,氧化加劇,煤開始出現矸餾,生成碳氫化合物、氫氣、一氧化碳、二氧化碳等火災氣體,煤呈赤熱狀態,當到達著火溫度以上時便燃著。這一階段就是煤的自熱階段,又稱煤的自熱期。
1.3 燃燒期。這一時期是煤從低溫氧化發展成自燃的最後的一個階段。主要特徵是:空氣中氧含量顯著減少,二氧化碳的數量倍增,同時由於燃燒不完全和二氧化碳的分解,而產生較多的一氧化碳,巷道中出現濃烈的火災氣味和煙霧,有時還出現明火,火源溫度達到1000℃左右。
煤體要發生自燃必須具備以下四個條件:①具有低溫氧化性,即有自燃傾向的煤以破碎狀態存在;②有大於12%氧含量的空氣通過這些碎煤;③空氣流動速度適中,使破裂煤體有積聚氧化熱的環境;④在上述3個條件同時具備的狀態下,持續一定的時間,使煤體可以達到著火溫度。只要同時具備上述4個條件,煤炭自燃發火即可發生。但實際中很難找出某兩次煤炭自燃發火的發生條件是完全相同的。這樣,對煤炭自燃發火的條件就很難作出定量分析。
煤炭自燃經常發生的地點是:①有大量遺煤而未及時封閉或封閉不嚴的採空區(特別是採空區內的聯絡眼附近和停采線處);②巷道兩側和遺留在採空區內受壓的煤柱;③巷道內堆積的浮煤或煤巷的冒頂、垮幫處。

3 煤層自燃 - 影響因素

影響煤炭自燃發火的因素
決定礦井或煤層自燃發火危險程度的因素一是煤的自燃發火傾向性,二是地質採礦技術。
影響煤炭自燃的內因
煤的變質程度 各種牌號的煤都有發生自燃的可能,但在褐煤礦井,煤化程度低的一些煤層自燃發火次數要多一點。煙煤礦井以開採煤化程度最低的長焰煤和氣煤的自燃危險性較大,貧煤則較少。在煤化程度較高的無煙煤礦井自燃發火較少見。所以可以認為,煤化程度較高的煤,自燃傾向性越小。但決不能以煤化程度作為判定自燃傾向性大小的唯一標誌。因為生產實踐證明,煤化程度相同的煤有的具有自燃特性,有的卻不自燃。
煤的水分  煤中的水分是影響其氧化進程的重要因素,在煤的自熱階段,由於水分的生成與蒸發必然要消耗大量的熱。煤體中外在的水分沒有全部蒸發之前很難上升到100%,這就是水分大的煤炭難以自燃的原因。但是,煤中的水分又能充填於煤體微小的孔隙中,把氮氣,二氧化碳,甲烷等氣體排除,當乾燥以後對煤的吸附起活化作用。水分的催化作用隨煤溫的增高而增大。所以地面煤堆在雨雪之後容易發生自燃,井下灌漿滅火,疏干之後自燃現象更為嚴重。
煤岩成分  煤的岩石化學成分有絲煤、暗煤、亮煤和鏡煤。它們有不同的氧化性,其中絲煤含量越多,自燃傾向性就越強;相反,暗煤含量越多,越不易自燃。
煤的含硫量 同牌號的煤中,含硫礦物越多,越易自燃。
煤的孔隙率和脆性  煤炭孔隙率越大,越易自燃。這是因為孔隙率越大,氧氣越易滲入煤體內部。變質程度相同的煤,脆性越大,越易自燃。因為煤的脆性大小與該種煤炭是否易於破碎和形成煤粉有關。完整的煤體一般不會發生自燃,一旦呈破碎狀態則使煤的吸氧表面積增大,著火點明顯降低,使其自燃性顯著提高。
煤層瓦斯含量  瓦斯通常是以遊離狀態和吸附狀態存在於煤體中,這兩種瓦斯是以壓力狀態存在的,吸附瓦斯在煤體卸壓、溫度上升等客觀條件影響下,可以產生解吸現象,吸附瓦斯轉變成遊離瓦斯,具有流動性。因此,處於原始狀態的瓦斯或以壓力狀態存在的瓦斯對侵入煤體中的空氣具有抑制作用,是防止煤自燃的有利因素。
影響煤炭自燃的外因
煤炭自燃的外在條件決定於煤炭接觸到的空氣量和外界的熱交換作用,這兩個因素與煤層的埋藏條件和其開採方法有著錯綜複雜的聯繫,其中外在因素有:
地質因素: ①傾角。煤層傾角越大,自燃危險性就越大。因為開採急傾斜煤層時,煤炭回收率低、採區煤柱易被破壞、採空區不易封鎖。②煤層厚度。煤是不良導體,煤層越厚,越易積聚熱量,所以,厚煤層易發火。③地質構造。在有地質構造的地區,自燃危險性加劇。地質構造複雜的地區,包括斷層,褶皺發育地帶,岩漿入侵地帶,自燃發火頻繁。這是由於煤層受張力、擠力、裂隙大量發生,煤體破碎,吸氧條件好造成的。
開採技術因素:  ①開拓方式。實踐經驗表明,採用石門,岩巷開拓,少切割煤層少留煤柱時,自燃發火的危險性就降低了。厚煤層開採岩巷進入採區,便於打鑽注漿,有利於實現預防性或滅火灌漿。②採煤方法。採煤方法對自燃發火的影響主要表現在煤炭回收率的高低、回採時間的長短上。丟煤越多,丟失的浮煤越集中,工作面的推進速度愈慢愈益發現火災。③通風條件。通風因素的影響主要表現在採礦區,煤柱和煤壁裂隙漏風。漏風就是向這些地點供養,促進煤的氧化自燃。採空區面積大,漏風量相當可觀,但風速有限,散熱作用低。 

4 煤層自燃 - 自燃期的確定

煤層自燃期的確定
1.巷道中煤層自燃發火期以自燃發火地點從暴露煤之日起至發生自燃發火時為止的時間計算,一般以月為單位。
2.回採工作面中煤層自燃發火期,應以工作面開切眼之日起發生自燃發火時為止的時間計算,一般以月為單位。
3.每一煤層的所有回採工作面和巷道,都應進行自燃發火期的統計,確定煤層自燃發火期。
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