[科普中國(guó)]-煤炭自燃機(jī)理

人們從17世紀(jì)開始探索煤炭自燃機(jī)理，先后提出多種闡述煤炭自燃機(jī)理的學(xué)說，其中主要有黃鐵礦作用學(xué)說、細(xì)菌作用學(xué)說、酚基作用學(xué)說以及煤氧化合學(xué)說等。

目前被人們認(rèn)可的、比較合理解釋煤的自燃機(jī)理的學(xué)說為煤氧化合學(xué)說，這種學(xué)說認(rèn)為，煤在常溫下吸附空氣中的氧，并發(fā)生氧化反應(yīng)，生成熱量，熱量積聚，導(dǎo)致煤的自燃。1

煤炭自燃的基本條件煤炭自燃的形成必須具備以下四個(gè)基本條件：

(1)煤本身具有自燃傾向性。這是煤自燃的內(nèi)在因素，與煤本身所含化學(xué)成分有關(guān)。

(2)煤呈破碎狀態(tài)存在。煤破碎以后，接觸氧的表面積增大，吸附氧的能力大大增強(qiáng)，容易氧化產(chǎn)生大量的熱量。

(3)連續(xù)供氧。緩慢地連續(xù)供氧能使煤的氧化繼續(xù)。

(4)熱量易于積聚。發(fā)生自燃的地點(diǎn)，通風(fēng)不暢(如采空區(qū)、煤柱裂縫、浮煤堆積處等)，煤氧化產(chǎn)生的熱量不易散發(fā)出去，熱量逐漸積累，溫度不斷升高，當(dāng)達(dá)到燃點(diǎn)溫度時(shí)煤就燃燒起來。

煤本身具有自燃傾向性是形成煤炭自燃的內(nèi)在條件，是內(nèi)因;而后三個(gè)條件是煤炭自然發(fā)火的外在因素，是外因，可以人為地控制。預(yù)防煤炭自燃火災(zāi)的發(fā)生，應(yīng)設(shè)法避免后三個(gè)條件的形成。2

煤炭自燃的發(fā)展過程煤炭的自燃過程按其溫度和物理化學(xué)變化特征，分為潛伏期、自熱期、自燃期和熄滅四個(gè)階段，如圖4-1所示。潛伏期與自熱期之和為煤的自然發(fā)火期。

(1)潛伏期。自煤層被開采、接觸空氣起至煤溫開始升高的時(shí)間區(qū)間稱為潛伏期。在潛伏期，煤與氧的作用是以物理吸附為主，放熱很小;煤的質(zhì)量略有增加，增加的質(zhì)量等于吸附氧的質(zhì)量，煤的化學(xué)性質(zhì)變得活潑，煤的著火溫度降低。

(2)自熱階段。煤溫開始升高至其溫度達(dá)到燃點(diǎn)的過程叫自熱階段。自熱過程是煤氧化反應(yīng)自動(dòng)加速、氧化產(chǎn)生熱量逐漸積累、溫度自動(dòng)升高的過程。具有以下特點(diǎn)：①氧化放熱較大，煤溫及其環(huán)境溫度升高;②空氣中CO、CO2含量顯著增加，并散發(fā)出煤油味和其他芳香氣味;③有水蒸汽生成，火源附近出現(xiàn)霧氣，在支架及巷道壁上凝有水珠;④微觀結(jié)構(gòu)發(fā)生變化。

(3)燃燒階段。煤溫達(dá)到其自燃點(diǎn)后，若能得到充分的供氧(風(fēng))，則發(fā)生燃燒，出現(xiàn)明火。這時(shí)會(huì)產(chǎn)生大量的高溫?zé)熿F，其中含有CO、CO2以及碳?xì)漕惢衔铩Ｈ裘簻剡_(dá)到自燃點(diǎn)，但供風(fēng)不足，則只有煙霧而無明火，此即為干餾或陰燃。

(4)熄滅。及時(shí)發(fā)現(xiàn)，采取有效的滅火措施，使煤溫降至燃點(diǎn)以下，燃燒熄滅。

本詞條內(nèi)容貢獻(xiàn)者為:

李兵 - 副教授 - 西南大學(xué)