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，保證礦井安全生產具有重要意義。

1 最短自然發(fā)火期模型

前蘇聯學者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 煤的吸氧速度常數測定

在上述最短發(fā)火期測定基礎上，采用前蘇聯學者N.B卡連金建立的煤吸氧蓄熱研究，以煤吸氧速度常數為基礎的檢測工藝及其數據處理方法。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，計算煤的自然發(fā)火期。

依據煤氧化合學說觀點，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，得出氧氣濃度數據。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%，試驗數據見表2-3。

表2-3 吸氧速度實驗數據匯總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）

江蘇高校青藍工程資助

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