塔山特厚易自燃煤層影響因素分析

蘇娟

（同煤集團技師學院，山西大同 037003）

塔山特厚易自燃煤層影響因素分析

蘇娟

（同煤集團技師學院，山西大同 037003）

煤自燃產生的危害是長久以來伴隨煤礦生產的重大隱患，特厚煤層開采尤為突出，以塔山礦為例分析煤自燃機理與影響因素，控制災害的發生，具有現實意義。

特厚煤層；自燃；分子結構

煤自燃是自然界存在的一種客觀現象。隨著近年來特厚煤層放頂煤開采技術日漸成熟，煤自燃這一現象在特厚煤層開采中尤為顯現。塔山礦C3-5號層煤，平均煤厚達到12 m，使用ZF15000架型開采，具有自燃傾向性。而塔山礦平均工作面走向長度均達到2 000 m，開采時間長，容易引起煤層自燃，造成不安全生產，因此深入研究易自燃特厚煤層自燃影響因素，了解特厚煤層自燃的規律，在此基礎上制訂相應的自燃防治措施，顯得十分重要。

1 特厚煤層自燃機理

煤炭的自燃[1]是經過某些物理、化學反應交互作用的過程。煤氧復合作用作為主流觀點得到了認可，圖1是煤自燃過程溫度隨時間變化關系曲線圖。

查閱相關文獻得出無論煤層厚度的多少，煤自燃過程大致都可分為三個階段：潛伏期（準備期）、自熱期、燃燒期；潛伏期的發生以煤氧之間的物理吸附為主，影響潛伏期快慢的內因有煤的物理結構、化學性質、煤顆粒粒度，外因包括堆積或堆壘狀態和風量；自熱期的發生以煤氧化之間的化學反應為主，表現為反應加快、熱量累計、溫度緩慢升高；燃燒期的發生與否主要以通風條件為主，適合的氧氣供給為燃燒提供了條件。

2 特厚煤層自燃影響因素分析

1）煤質。煤的碳化程度和揮發分作為主要因素影響煤的自燃。碳化程度越低，含碳量越少，揮發份越大者，自燃性就越高。反之就越高。塔山礦屬于石炭二疊紀煤層，煤質不如侏羅系煤層，碳化程度較低，揮發份大，故易于自燃。究其深層次原因為碳化程度低的煤較碳化程度高的煤氧化反應熱量更多。

2）分子結構。煤是由不同的官能團和多種化學鍵結合的大分子物質，究其自燃的本質原因是與煤的分子結構分不開的，研究表明煤自燃是否會發生與煤表面含氧官能團的數量和種類，以及煤的分子結構密切相關，含氧官能團增加，孔隙度變大，分子結構變得松散，越易自燃[2]。而且煤中的次甲基醚鍵、α位碳原子帶羥基和帶支鏈亞甲基的次烷基鍵、與兩個芳環相連的次甲基鍵等均為自燃的活性結構。

3）水分。塔山特厚煤層開采，一般會預先給煤層注水，一來為了弱化煤的力學性質，增加頂煤回收率，二來為了抑制煤層瓦斯的涌出和粉塵。卻忽略了水分對于煤自燃的影響，有關研究表明，煤中水分在一定范圍內一方面可以起到加速氧化的作用，另一方面會起到阻化的作用。沾水后又重新干燥的煤較干燥的煤活化能增強，更易自燃。甚至有研究認為在潛伏期內引起溫度上升不是放熱而是由水分引起的。

4）硫分。具有強烈的氧化還原性質，易于發生化學反應生成熱量，可作為煤自燃的催化劑，提高煤的自燃氧化速率，而含硫量超過3%時，無論何種煤質，包括無煙煤均為自燃傾向性較大的煤層。

5）灰分。煤中灰分具有強耐火性，也會減少氧化程度，降低發熱量，延長潛伏期時間，減緩自燃的發生速率。但目前還未有相關研究表明煤喪失自燃與灰含量的關系。

6）粒度。粒徑對煤的自燃影響有三方面：a.煤的熱傳導性由粒度的大小決定，粒徑越小熱傳導性越強，自燃的發生率也越高；b.粒徑越小比表面積越大，發生反應所需的活化能越小，越易自燃；c.粒徑越大比表面積越小，氧化儲熱量越小，越不易自燃。

3 塔山采空區自燃規律

塔山礦采用全部垮落法處理頂板，采空區自燃規律分為三個帶，見圖2。

Ⅰ為冷卻帶。在冷卻帶[3]內由于浮煤厚度具備自燃條件，但此處巖石及浮煤尚未壓實，空隙較大，導致風速強，散熱強，熱量不宜儲存，很難發生自燃。特厚煤層冷卻帶一般長度為2～7 m。

Ⅱ為氧化帶。隨著工作面的推進，跨落下的頂板巖石與浮煤結合緊密，空隙變小，風流穩定流動，散熱差，熱量易積聚，容易自燃。特厚煤層冷卻帶一般長度為26～60 m。

Ⅲ為窒息帶。風流減緩速度隨著開采時間逐漸下降，在此帶內，氧氣濃度低至無法自燃，也成為自燃的隔絕帶。

4 結束語

深入了解塔山特厚煤層自燃規律，得出影響自燃因素的6個條件，總結出塔山采空區自燃規律，為進一步防止煤層自燃做好前期準備。

[1]徐精彩，張辛亥，文虎.煤層自燃膠體防滅火理論與技術[M].北京:煤炭工業出版社，2003.

[2]彭本信.應用熱分析技術研究煤的氧化自燃過程[J].煤炭工程師，1992(2):l-10.

[3]陳全，王省身.綜放采場自然發火規律及注氮防滅火技術研究[J].煤炭學報，1996，21(6):618-623.

Factor Analysis of Spontaneous Combustion of Extra-thick Coal Seam in Tashan Mine

SU Juan
(Technician College，Datong Coal Mine Group，Datong 037003，China)

Coal spontaneous combustion has so long been a major hidden danger in coal mine production，especially in the mining of extra-thick coal seam.Taking Tashan mine as an example，the mechanism and factors of the spontaneous combustion are studied to prevent its occurrence，which is practically significant.

extra-thick coal seam;spontaneous combustion;molecular structure

TD724

A

1672-5050（2015）02-0085-02

10.3969/j.cnki.issn1672-5050sxmt.2015.02.027

（編輯：樊敏）

2015-01-27

蘇娟（1986-），女，山西晉中人，碩士，助理講師，從事礦山安全高效開采研究工作。