某礦煤炭自燃發(fā)火期研究

王浩魏威

（1江蘇安全技術職業(yè)學院，江蘇 徐州 221011 2 江蘇徐州礦務集團生產(chǎn)技術部，江蘇 徐州 221001）

某礦煤炭自燃發(fā)火期研究

王浩1魏威2

（1江蘇安全技術職業(yè)學院，江蘇 徐州 221011 2 江蘇徐州礦務集團生產(chǎn)技術部，江蘇 徐州 221001）

文章采用最短自然發(fā)火期模型，通過實驗對某礦煤炭自燃發(fā)火期進行研究，礦井防治自然發(fā)火提供建議。

煤炭自燃；發(fā)火期研究

煤的自燃傾向性是煤的一種自然屬性，它反映煤的氧化能力，是煤層發(fā)生自燃的決定性因素。煤的自燃傾向性鑒定對于掌握煤的自燃性能及自燃規(guī)律，有針對性采取措施，保證礦井安全生產(chǎn)具有重要意義。

1 最短自然發(fā)火期模型

前蘇聯(lián)學者N.B.卡連金提出的測得煤的吸氧速度，在絕熱條件下，將煤吸附氧氣時所放出的吸附熱，用于加熱煤體和使煤中水分、瓦斯等釋放，并使煤體升溫達到著火溫度所需要的時間，記為煤的最短自然發(fā)火期，由此建立煤的最短自然發(fā)火期的計算模型為：

2 實驗設備（Experimental equipment）

煤樣的氧化升溫實驗，其實驗裝置流程圖如圖1所示：

圖1 實驗裝置流程框架圖

3 煤的吸氧速度常數(shù)測定

在上述最短發(fā)火期測定基礎上，采用前蘇聯(lián)學者N.B卡連金建立的煤吸氧蓄熱研究，以煤吸氧速度常數(shù)為基礎的檢測工藝及其數(shù)據(jù)處理方法。通過建立小試樣絕熱煤自燃實驗裝置，測定煤吸氧速度常數(shù)，計算煤的自然發(fā)火期。

依據(jù)煤氧化合學說觀點，煤的吸氧速度是煤的自燃傾向性最合適的指標。煤炭吸氧速度的方法多種多樣，實驗條件越接近實際條件，實驗結果越可靠。氧化溫度不同，煤的吸氧規(guī)律不同。所以，煤的自燃傾向性需用反應煤進行氧化的趨勢來表示，這樣就可以盡量減小實驗溫度對這一指標的影響。

基于以上論述，實驗采用在20℃～80℃之間作3個分區(qū)，分析出三個區(qū)的吸氧速度常數(shù)Kc，從而得出煤低溫氧化吸附熱使煤體升溫所需的時間△T，最后求和即得出總的發(fā)火期T。

本次實驗選取某礦煤樣，將原煤制成煤樣（0.25～0.125mm粒徑），采集120g用于實驗研究。通入空氣（氣流速度為20ml/ min）在煤樣罐中；通過溫度傳感器得到煤樣的溫度。確保實驗裝置密閉完好，以1℃/min速度加溫。煤樣溫度達到40℃保持爐溫恒溫80分鐘、60℃保持爐溫恒溫80分鐘、80℃保持爐溫恒溫80分鐘后，得出氧氣濃度數(shù)據(jù)。由下面的計算公式可計算煤樣的吸氧速度。

式中：ΔCo2——氣體中氧氣濃度差=煤樣罐進氣口處的氧氣濃度-煤樣罐出口處的氧氣濃度。

v——氣體流動速度，m3/s；

m——煤樣質量，kg。

本次試驗空氣的氧氣濃度為20.09%，試驗數(shù)據(jù)見表2-3。

表2-3 吸氧速度實驗數(shù)據(jù)匯總Table 2-3 Summary experimental data of Oxygen absorption rate

4 煤樣的最短自然發(fā)火期的計算

根據(jù)公式（1）可計算得到煤樣的最短自然發(fā)火期。計算所選參數(shù)及計算結果見表2-5。

表2-5 煤樣的自燃發(fā)火期計算結果Table 2-5 coal sample spontaneous combustion ignition time computed results

80 60 1．5 7．75 40．25 40 1．5 20 26．02某礦9煤60 40 1．5 14．5 80 60 1．5 5．54× 10-81．65× 10-82．96× 10-86．06× 10-87．08 47．6

5 最短自然發(fā)火期結果分析

某礦的煤層的發(fā)火期相應較短，實際統(tǒng)計只為一個月左右，3煤、9煤分別為40和47天；均與礦井實際統(tǒng)計的結果比較相近。實驗得出的自然發(fā)火期只能可以作為參考；另外，煤樣粒徑不同，實驗結果不同。

由于該自然發(fā)火期模型是假設煤處于絕熱狀態(tài)下進行計算的，所計算的自然發(fā)火期，與實際的自然發(fā)火期實際的自然發(fā)火期有一定的出入。煤的自然發(fā)火期從一個側面表征了煤內在的物理化學特性及外部因素的影響，對于不同的煤種及不同的外在影響因素，其發(fā)火期差別很大。所以在對自然發(fā)火期的確定要在具體的煤種及外部影響因素的條件下才能得到其數(shù)值解。同時，發(fā)火期也在一定程度上表征了煤自燃的危險性，通過對發(fā)火期的研究，可以對煤的自然發(fā)火的危險性評價和預測有更進一步的認識。

[1]牛永東等，煤層自然發(fā)火期測試方法的實驗研究，能源技術與管理，2011（3）

[2]李增華等;煤炭自燃特性研究的加速量熱法，中國礦業(yè)大學學報，2003（11）

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王浩（1977-）男，陜西乾縣人，副教授，碩士，現(xiàn)任江蘇安全技術職業(yè)學院安全系副主任。