某礦煤炭自燃發(fā)火期研究

王浩魏威

（1江蘇安全技術(shù)職業(yè)學(xué)院，江蘇 徐州 221011 2 江蘇徐州礦務(wù)集團(tuán)生產(chǎn)技術(shù)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(shù)職業(yè)學(xué)院，江蘇 徐州 221011 2 江蘇徐州礦務(wù)集團(tuán)生產(chǎn)技術(shù)部，江蘇 徐州 221001）

文章采用最短自然發(fā)火期模型，通過實(shí)驗(yàn)對(duì)某礦煤炭自燃發(fā)火期進(jìn)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(duì)于掌握煤的自燃性能及自燃規(guī)律，有針對(duì)性采取措施，保證礦井安全生產(chǎn)具有重要意義。

1 最短自然發(fā)火期模型

前蘇聯(lián)學(xué)者N.B.卡連金提出的測(cè)得煤的吸氧速度，在絕熱條件下，將煤吸附氧氣時(shí)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(dá)到著火溫度所需要的時(shí)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(jì)算模型為：

2 實(shí)驗(yàn)設(shè)備（Experimental equipment）

煤樣的氧化升溫實(shí)驗(yàn)，其實(shí)驗(yàn)裝置流程圖如圖1所示：

圖1 實(shí)驗(yàn)裝置流程框架圖

3 煤的吸氧速度常數(shù)測(cè)定

在上述最短發(fā)火期測(cè)定基礎(chǔ)上，采用前蘇聯(lián)學(xué)者N.B卡連金建立的煤吸氧蓄熱研究，以煤吸氧速度常數(shù)為基礎(chǔ)的檢測(cè)工藝及其數(shù)據(jù)處理方法。通過建立小試樣絕熱煤自燃實(shí)驗(yàn)裝置，測(cè)定煤吸氧速度常數(shù)，計(jì)算煤的自然發(fā)火期。

依據(jù)煤氧化合學(xué)說(shuō)觀點(diǎn)，煤的吸氧速度是煤的自燃傾向性最合適的指標(biāo)。煤炭吸氧速度的方法多種多樣，實(shí)驗(yàn)條件越接近實(shí)際條件，實(shí)驗(yàn)結(jié)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(yīng)煤進(jìn)行氧化的趨勢(shì)來(lái)表示，這樣就可以盡量減小實(shí)驗(yàn)溫度對(duì)這一指標(biāo)的影響。

基于以上論述，實(shí)驗(yàn)采用在20℃～80℃之間作3個(gè)分區(qū)，分析出三個(gè)區(qū)的吸氧速度常數(shù)Kc，從而得出煤低溫氧化吸附熱使煤體升溫所需的時(shí)間△T，最后求和即得出總的發(fā)火期T。

本次實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)裝置密閉完好，以1℃/min速度加溫。煤樣溫度達(dá)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(shù)據(jù)。由下面的計(jì)算公式可計(jì)算煤樣的吸氧速度。

式中：ΔCo2——?dú)怏w中氧氣濃度差=煤樣罐進(jìn)氣口處的氧氣濃度-煤樣罐出口處的氧氣濃度。

v——?dú)怏w流動(dòng)速度，m3/s；

m——煤樣質(zhì)量，kg。

本次試驗(yàn)空氣的氧氣濃度為20.09%，試驗(yàn)數(shù)據(jù)見表2-3。

表2-3 吸氧速度實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)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(jì)算

根據(jù)公式（1）可計(jì)算得到煤樣的最短自然發(fā)火期。計(jì)算所選參數(shù)及計(jì)算結(jié)果見表2-5。

表2-5 煤樣的自燃發(fā)火期計(jì)算結(jié)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(jié)果分析

某礦的煤層的發(fā)火期相應(yīng)較短，實(shí)際統(tǒng)計(jì)只為一個(gè)月左右，3煤、9煤分別為40和47天；均與礦井實(shí)際統(tǒng)計(jì)的結(jié)果比較相近。實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)結(jié)果不同。

由于該自然發(fā)火期模型是假設(shè)煤處于絕熱狀態(tài)下進(jìn)行計(jì)算的，所計(jì)算的自然發(fā)火期，與實(shí)際的自然發(fā)火期實(shí)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(gè)側(cè)面表征了煤內(nèi)在的物理化學(xué)特性及外部因素的影響，對(duì)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(duì)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(shù)值解。同時(shí)，發(fā)火期也在一定程度上表征了煤自燃的危險(xiǎn)性，通過對(duì)發(fā)火期的研究，可以對(duì)煤的自然發(fā)火的危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)和預(yù)測(cè)有更進(jìn)一步的認(rèn)識(shí)。

[1]牛永東等，煤層自然發(fā)火期測(cè)試方法的實(shí)驗(yàn)研究，能源技術(shù)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(guó)礦業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2003（11）

江蘇高校青藍(lán)工程資助

王浩（1977-）男，陜西乾縣人，副教授，碩士，現(xiàn)任江蘇安全技術(shù)職業(yè)學(xué)院安全系副主任。