煙煤自燃的分析與預防

摘要：煤自燃問題一直以來都是煤炭生產行業(yè)中的焦點問題，本文從煤質分析入手，探討煤體自燃的成因，并提出預防的辦法。

關鍵詞：煙煤自燃 分析 預防

煤是我國生產生活中常用能源之一。當前，煤在各類資源利用中比例達到70%，但是煤的儲存和加工的安全性也是長期困擾業(yè)界的一大難題。煤自燃問題一直以來都是煤炭生產行業(yè)中的焦點問題，很多人將煤自燃的原因歸結為煤中含有的黃鐵礦。由于黃鐵礦氧化成三氧化二鐵和三氧化硫的過程中釋放熱量，與水分相互作用生成強氧化劑硫酸，加速其氧化程度，使煤充分自燃。

在這里需要指出一點，煤中黃鐵礦的存在只是引起煤自燃的一個條件，也就是說并不是所有含有黃鐵礦的煤都會自燃，不含或含有少量黃鐵礦的煤在存放過程中也有可能自燃。煤在長期存放的過程中不斷從空氣中吸收氧氣，其組成物質與氧氣發(fā)生作用釋放熱量，在水分的參與下形成濕潤熱，使煤加速自燃。另外，煤的組成成分（包括煤所含的水分、礦物質等）、節(jié)理、裂隙、煤層厚度以及埋藏深度、采煤方法、通風設計等等，在特定條件下都有可能成為煤自燃的起因。

從本質上分析，煤的自燃就是氧化的過程。煤自然的根本原因是煤的組成成分與空氣中的氧發(fā)生了氧化作用。在常溫狀態(tài)下，煤中所含的碳、氫等元素會與空氣中的氧發(fā)生氧化反應，生成可燃物甲烷、一氧化碳或其他烷烴物質。煤在氧化過程中釋放熱量，若熱量無法快速揮發(fā)，煤的堆積溫度會升高，溫度越高，煤氧化的速率越快，釋放的熱量和可燃質就越多，繼而形成惡性循環(huán)，直至熱量集聚達到煤自燃的溫度條件，就能引起煤自燃。

以煙煤為例。每年7-8月份夏季室外地表溫度平均可達35度。煤場露天溫度可達40度左右。嚴重威脅露天煤存放的安全，而煙煤又是高揮發(fā)的煤種，化學成分如下：

設計干燥無灰基的揮發(fā)分為：Vdaf=32.15%。從煤有機物和無機物可燃元素分析，碳是可燃元素（約占63.9%）再者是氫（約占3%-5%）硫占0.6%。可燃揮發(fā)份33%。成為煤的可燃質。含水低于7%。顆粒度不大于10厘米。典型高揮發(fā)，高發(fā)熱量，低水。

1 煤質

1.1 煤的品級。根據(jù)煤的變質程度可以判定煤的品級高低。通常情況下，我們主要根據(jù)揮發(fā)分含量和含煤量表示煤的品級。煤體品級越高，其自燃的敏感度越低，越不易自燃。所以說干燥的褐煤比無煙煤更加敏感自燃，品級的差別就在于此。但褐煤的水分含量較高，自熱敏感程度比純褐煤低。

1.2 煤的水分含量。煤的自燃性在一定程度上取決于其所含的水分多少。水分含量接近飽和的煤（如褐煤、次煙煤）被開采和干燥前，煤體不再吸收水分，因而無法釋放潤濕熱。煤在氧化過程中釋放的熱量會引起內在水分溫度升高。此外，自燃時的化學反應也需要水分的參與。低口級煤水分含量大大超出了化學反應的需要量。因此，水分的存在對低品級煤而言就是煤自熱的阻化劑。

1.3 礦物質。通常我們把煤中的礦物成分稱作灰分。煤在長期存放的過程中，煤體所含礦物質與空氣中的氧發(fā)生反應釋放熱量使煤體升溫并逐漸分解，以擴大煤和空氣接觸的表面積。比如黃鐵礦能夠吸收氧化反應釋放的一部分熱量縮短煤體氧化反映進程；煤的高灰分能夠降低單位質量的氧化熱。

2 自燃的條件

2.1 具有自燃傾向性。自燃傾向性是煤的自然屬性。通過煤的變質程度可以看出煤的自燃傾向。構成煤自燃的基本條件除了有煤體所含的灰分、水分和含硫量以外，煤的粒度、孔隙度和導熱性也是引起煤自燃三個基本要素。常溫狀態(tài)下，煤的揮發(fā)分的含量是構成煤體氧化能力的基本要素，它與煤體自燃傾向呈正比關系。一般來說，自燃傾向性越強的煤自燃時間越短。基于煤的氧化程度和著火點之間的關系，通過原煤樣的著火點和氧化煤樣的著火點的差值ΔT可對煤的自燃傾向進行初步判定。ΔT<20℃時，煤體不易自燃（褐煤和長焰煤除外）。ΔT越大，煤體自燃傾向越高。ΔT>40℃時，煤體極易自燃。從褐煤到無煙煤，其著火點逐漸升高，自燃傾向性呈逐漸減弱。

2.2 供氧條件。常溫條件下貯存的煤，其表面和空氣中的氧充分接觸，空氣通過煤塊之間的縫隙向煤堆內滲透，加速煤堆氧化。而且塊度越大的煤氧化速率較快。

2.3 氧化時間。煤自燃需要經歷一個緩慢氧化的過程，當煤體氧化時間達到自燃發(fā)火期才可自燃。

2.4 儲熱條件。煤與空氣中的氧發(fā)生氧化反映時釋放熱量，熱量無法快速揮發(fā)就會在煤體內集聚，使煤體溫度升高，當溫升達到著火點的溫度時煤體便會自燃。

3 煤堆自燃的物理層面

3.1 冷卻層。煤堆的表面約0，5-1，5煤層松散與空氣接觸發(fā)生氧化反應。熱量快速散發(fā)便不會引起煤體自燃；

3.2 氧化層。該層位于冷卻層以下煤層相對壓實，厚度在1-4米左右。具備煤自然的所有條件達到自燃發(fā)貨期便會自燃。

3.3 窒息層。該層位于氧化層以下，煤層相對壓實供氧不易且含水率較高氧化程度低。不易放生自燃。

煤在自然界存放一般中心部位處于顆粒較細，周邊顆粒較粗相應的從中間往四周空隙越來越大，通風散熱效果較好。冷卻層和氧化層越來越厚，通常都是氧化層發(fā)生自燃，而且伴有升溫、冒煙現(xiàn)象。如果煤堆表面某處有熱氣上升，且伴有冒煙現(xiàn)象，即可判定該處垂直向下的氧化層已發(fā)生自燃。煤堆內部氧化層一旦自燃，其上部的冷卻層也會被引燃，由此可判斷發(fā)現(xiàn)煤堆自燃盡快防止自燃范圍擴大。

4 預防的辦法

4.1 通過紅外探測法鎖定高溫點。該探測方法是基于紅外輻射場理論，構建火源和火源溫度場的對應關系，繼而鎖定高溫點的位置。

4.2 燒舊儲新。正確核實儲煤時間盡量不要超過煤的自然發(fā)火期，儲煤時間過長是煤自燃主要原因。而且儲煤時間過長而且越是長期儲存的煤本來的經濟價值會因其氧化程度的加重而大打折扣。

4.3 煤場應通風良好。防煤堆暴曬。煤場周圍不應有高溫熱源以降低煤的氧化程度。用推土機將煤壓實減少煤空隙度，趕走煤層中的空氣減少與空氣接觸。

4.4 每天派人員巡查自燃情況。返現(xiàn)局部溫度升高、冒熱氣、冒煙，即可判斷發(fā)生自燃。有效霧化噴水可以防止煤的自燃延長氧化期，煤的水分保持在12%左右自燃幾率幾乎為零。

4.5 掌握煤自燃的規(guī)律，有針對性采取預防措施，可以保證安全生產，對儲存自燃性較大煤種應做針對性的預案。

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