某矿煤炭自燃发火期研究

王浩魏威

（1江苏安全技术职业学院，江苏 徐州 221011 2 江苏徐州矿务集团生产技术部，江苏 徐州 221001）

某矿煤炭自燃发火期研究

王浩1魏威2

（1江苏安全技术职业学院，江苏 徐州 221011 2 江苏徐州矿务集团生产技术部，江苏 徐州 221001）

文章采用最短自然发火期模型，通过实验对某矿煤炭自燃发火期进行研究，矿井防治自然发火提供建议。

煤炭自燃；发火期研究

煤的自燃倾向性是煤的一种自然属性，它反映煤的氧化能力，是煤层发生自燃的决定性因素。煤的自燃倾向性鉴定对于掌握煤的自燃性能及自燃规律，有针对性采取措施，保证矿井安全生产具有重要意义。

1 最短自然发火期模型

前苏联学者N.B.卡连金提出的测得煤的吸氧速度，在绝热条件下，将煤吸附氧气时所放出的吸附热，用于加热煤体和使煤中水分、瓦斯等释放，并使煤体升温达到着火温度所需要的时间，记为煤的最短自然发火期，由此建立煤的最短自然发火期的计算模型为：

2 实验设备（Experimental equipment）

煤样的氧化升温实验，其实验装置流程图如图1所示：

图1 实验装置流程框架图

3 煤的吸氧速度常数测定

在上述最短发火期测定基础上，采用前苏联学者N.B卡连金建立的煤吸氧蓄热研究，以煤吸氧速度常数为基础的检测工艺及其数据处理方法。通过建立小试样绝热煤自燃实验装置，测定煤吸氧速度常数，计算煤的自然发火期。

依据煤氧化合学说观点，煤的吸氧速度是煤的自燃倾向性最合适的指标。煤炭吸氧速度的方法多种多样，实验条件越接近实际条件，实验结果越可靠。氧化温度不同，煤的吸氧规律不同。所以，煤的自燃倾向性需用反应煤进行氧化的趋势来表示，这样就可以尽量减小实验温度对这一指标的影响。

基于以上论述，实验采用在20℃～80℃之间作3个分区，分析出三个区的吸氧速度常数Kc，从而得出煤低温氧化吸附热使煤体升温所需的时间△T，最后求和即得出总的发火期T。

本次实验选取某矿煤样，将原煤制成煤样（0.25～0.125mm粒径），采集120g用于实验研究。通入空气（气流速度为20ml/ min）在煤样罐中；通过温度传感器得到煤样的温度。确保实验装置密闭完好，以1℃/min速度加温。煤样温度达到40℃保持炉温恒温80分钟、60℃保持炉温恒温80分钟、80℃保持炉温恒温80分钟后，得出氧气浓度数据。由下面的计算公式可计算煤样的吸氧速度。

式中：ΔCo2——气体中氧气浓度差=煤样罐进气口处的氧气浓度-煤样罐出口处的氧气浓度。

v——气体流动速度，m3/s；

m——煤样质量，kg。

本次试验空气的氧气浓度为20.09%，试验数据见表2-3。

表2-3 吸氧速度实验数据汇总Table 2-3 Summary experimental data of Oxygen absorption rate

4 煤样的最短自然发火期的计算

根据公式（1）可计算得到煤样的最短自然发火期。计算所选参数及计算结果见表2-5。

表2-5 煤样的自燃发火期计算结果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某矿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 最短自然发火期结果分析

某矿的煤层的发火期相应较短，实际统计只为一个月左右，3煤、9煤分别为40和47天；均与矿井实际统计的结果比较相近。实验得出的自然发火期只能可以作为参考；另外，煤样粒径不同，实验结果不同。

由于该自然发火期模型是假设煤处于绝热状态下进行计算的，所计算的自然发火期，与实际的自然发火期实际的自然发火期有一定的出入。煤的自然发火期从一个侧面表征了煤内在的物理化学特性及外部因素的影响，对于不同的煤种及不同的外在影响因素，其发火期差别很大。所以在对自然发火期的确定要在具体的煤种及外部影响因素的条件下才能得到其数值解。同时，发火期也在一定程度上表征了煤自燃的危险性，通过对发火期的研究，可以对煤的自然发火的危险性评价和预测有更进一步的认识。

[1]牛永东等，煤层自然发火期测试方法的实验研究，能源技术与管理，2011（3）

[2]李增华等;煤炭自燃特性研究的加速量热法，中国矿业大学学报，2003（11）

江苏高校青蓝工程资助

王浩（1977-）男，陕西乾县人，副教授，硕士，现任江苏安全技术职业学院安全系副主任。