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1、会计学1煤自燃煤自燃(z rn)特性及防治技术特性及防治技术第一页，共121页。煤炭自燃火灾是矿井火灾的主要形式，其发生起数约占矿井火灾总数的煤炭自燃火灾是矿井火灾的主要形式，其发生起数约占矿井火灾总数的90%90%；大中型煤矿中，自然发火危险程度严重或较严重的煤矿占大中型煤矿中，自然发火危险程度严重或较严重的煤矿占72.9%72.9%；国有重点煤矿中，；国有重点煤矿中，具有自然发火危险的矿井占具有自然发火危险的矿井占47.3%47.3%；小煤矿中，具有自然发火危险的矿井占；小煤矿中，具有自然发火危险的矿井占85.3%85.3%；近年我国国有重点煤矿每年近年我国国有重点煤矿每年(minin)(
2、minin)因火灾而封闭的工作面超过因火灾而封闭的工作面超过100100个，封闭工作面个，封闭工作面常使数千万元的综采、综放装备被封闭在火区中。常使数千万元的综采、综放装备被封闭在火区中。我国煤矿现广泛采用大采高与放顶煤技术和瓦斯抽采技术后，以造成采空区遗煤多和我国煤矿现广泛采用大采高与放顶煤技术和瓦斯抽采技术后，以造成采空区遗煤多和漏风大，使得自然发火严重。漏风大，使得自然发火严重。矿井自燃火灾常诱发瓦斯、煤尘爆炸事故，进一步扩大其灾难性矿井自燃火灾常诱发瓦斯、煤尘爆炸事故，进一步扩大其灾难性煤炭煤炭(mitn)(mitn)自燃自燃 第1页/共121页第二页，共121页。我国新疆、宁夏、内蒙
3、古还存在大面积的煤我国新疆、宁夏、内蒙古还存在大面积的煤 田火灾燃烧面积达田火灾燃烧面积达720 km2720 km2，其中新疆现有，其中新疆现有 火区火区3535个，火区面积达个，火区面积达826826万万m2m2；宁夏现有；宁夏现有 火区火区3737个，火区面积个，火区面积394.5394.5万万m2m2；内蒙古现有火区；内蒙古现有火区116 116 个，火区面积个，火区面积1903 1903 万万m2m2。煤田火灾每年烧损的煤量达煤田火灾每年烧损的煤量达13601360万吨，经济损失超过万吨，经济损失超过200200亿元；亿元；煤田火灾还造成对地下水的污染和地质条件、地表植被、大气环境的
4、严重破坏；煤田火灾还造成对地下水的污染和地质条件、地表植被、大气环境的严重破坏；煤田火在世界范围内引起许多问题和风险，例如排放有害气体和温室气体，污煤田火在世界范围内引起许多问题和风险，例如排放有害气体和温室气体，污染大气和地下水，造成局部土地退化，导致生态系统染大气和地下水，造成局部土地退化，导致生态系统(shn(shn ti x t ti x t n n)退化、退化、滑坡、坍塌和侵蚀，引起呼吸系统疾病和威胁煤矿安全等；滑坡、坍塌和侵蚀，引起呼吸系统疾病和威胁煤矿安全等；中央与地方财政每年投入的灭火资金都达数亿元以上。中央与地方财政每年投入的灭火资金都达数亿元以上。煤田煤田(mitin)(m
5、itin)火火灾灾第2页/共121页第三页，共121页。中国煤田火区与主要(zhyo)矿井火分布图 第3页/共121页第四页，共121页。山西某露天矿进入山西某露天矿进入(jnr)原小窑采空区时出现煤体自然发火。原小窑采空区时出现煤体自然发火。p随着煤炭资源整合重组随着煤炭资源整合重组(zhn z)，小窑自燃灾害日益凸显。，小窑自燃灾害日益凸显。第4页/共121页第五页，共121页。神东榆家梁煤矿小窑发火神东榆家梁煤矿小窑发火(f hu)(f hu)影响到铁路运输影响到铁路运输p随着煤炭资源整合重组，小窑自燃随着煤炭资源整合重组，小窑自燃(z rn)灾害日益凸显。灾害日益凸显。第5页/共121
6、页第六页，共121页。我国煤层自燃的防治理论与技术围绕一个目标我国煤层自燃的防治理论与技术围绕一个目标和三个问题和三个问题(wnt)开展。开展。一个目标：一个目标：防止矿井自燃灾害的灾发生，对于已发生的火灾要防止防止矿井自燃灾害的灾发生，对于已发生的火灾要防止其扩大并最大限度地减小火灾中的人员伤亡和经济损失。其扩大并最大限度地减小火灾中的人员伤亡和经济损失。三个问题：三个问题：一、自燃是如何发生的？其内容主要是研究自燃的一、自燃是如何发生的？其内容主要是研究自燃的产生原因、条件以及发生过程和特点产生原因、条件以及发生过程和特点(tdin)，这是防灭火，这是防灭火的理论基础；的理论基础；二、如何
7、防止自燃发生？主要为包括预测预报技术和防二、如何防止自燃发生？主要为包括预测预报技术和防火技术；火技术；三、自燃发生后如何进行及时而有效的控制和处理。三、自燃发生后如何进行及时而有效的控制和处理。第6页/共121页第七页，共121页。主要主要(zhyo)内容内容煤炭自燃产生的条件、过程及其影响因素煤炭自燃产生的条件、过程及其影响因素煤低温氧化特性及标志性气体煤低温氧化特性及标志性气体煤炭自燃倾向性的测试方法与分类标准煤炭自燃倾向性的测试方法与分类标准(biozhn)(biozhn)易自燃地点及采空区自燃危险区域的划分易自燃地点及采空区自燃危险区域的划分煤炭自燃防治技术煤炭自燃防治技术第7页/共
8、121页第八页，共121页。一、煤炭自燃产生的条件一、煤炭自燃产生的条件(tiojin)(tiojin)、过程、过程 及其影响因素及其影响因素第8页/共121页第九页，共121页。自然自然(zrn)(zrn)发火的发火的条件条件煤具有自燃倾向性且呈破碎状态堆积煤具有自燃倾向性且呈破碎状态堆积 有连续有连续(linx)的通风供氧条件的通风供氧条件 热量易于积聚热量易于积聚（有聚热环境）（有聚热环境）持续一定的时间持续一定的时间第9页/共121页第十页，共121页。煤自燃煤自燃(z rn)过程过程燃燃烧烧着火点温度着火点温度(wnd)(wnd)准备期准备期风化风化(fnghu)(fnghu)时间时
9、间温温度度T0冷却冷却0Tc70自热期自热期第10页/共121页第十一页，共121页。煤自燃煤自燃(z rn)准备期准备期n n准备期又成为潜伏期，此阶段煤体温度的变化不准备期又成为潜伏期，此阶段煤体温度的变化不准备期又成为潜伏期，此阶段煤体温度的变化不准备期又成为潜伏期，此阶段煤体温度的变化不明显，煤的氧化明显，煤的氧化明显，煤的氧化明显，煤的氧化(y(y nghu)nghu)进程十分平稳缓慢，进程十分平稳缓慢，进程十分平稳缓慢，进程十分平稳缓慢，煤与氧接触后煤的重量略有增加、着火点温度降煤与氧接触后煤的重量略有增加、着火点温度降煤与氧接触后煤的重量略有增加、着火点温度降煤与氧接触后煤的重量
10、略有增加、着火点温度降低，氧化低，氧化低，氧化低，氧化(y(y nghu)nghu)性被活化。在该阶段因环境性被活化。在该阶段因环境性被活化。在该阶段因环境性被活化。在该阶段因环境起始温度低，煤的氧化起始温度低，煤的氧化起始温度低，煤的氧化起始温度低，煤的氧化(y(y nghu)nghu)速度慢，产生速度慢，产生速度慢，产生速度慢，产生的热量较小，因此需要一个较长的蓄热过程，它的热量较小，因此需要一个较长的蓄热过程，它的热量较小，因此需要一个较长的蓄热过程，它的热量较小，因此需要一个较长的蓄热过程，它的长短取决于煤的自燃倾向性的强弱和外部条件。的长短取决于煤的自燃倾向性的强弱和外部条件。的长短
11、取决于煤的自燃倾向性的强弱和外部条件。的长短取决于煤的自燃倾向性的强弱和外部条件。第11页/共121页第十二页，共121页。煤自燃煤自燃(z rn)自热期自热期n n经过准备期之后，煤的氧化速度增加，不稳定的氧化物分解经过准备期之后，煤的氧化速度增加，不稳定的氧化物分解成水（成水（H2OH2O）、二氧化碳（）、二氧化碳（CO2CO2）、一氧化碳（）、一氧化碳（COCO）。氧）。氧化产生的热量使煤温继续升高，超过煤自热的临界温度（一化产生的热量使煤温继续升高，超过煤自热的临界温度（一般为般为60608080），煤温急剧加速上升，氧化进程加快，开始），煤温急剧加速上升，氧化进程加快，开始出现出现(
12、chxin)(chxin)煤的干馏，产生芳香族的碳氢化合物煤的干馏，产生芳香族的碳氢化合物（CxHyCxHy）、氢（）、氢（H2H2）、更多的一氧化碳（）、更多的一氧化碳（COCO）等可燃气体，）等可燃气体，这个阶段为自热期。这个阶段为自热期。第12页/共121页第十三页，共121页。燃烧燃烧燃烧燃烧(rnsho)(rnsho)期期期期 如果煤温根本不能上升到临界温度，或能上升到这一温如果煤温根本不能上升到临界温度，或能上升到这一温度但由于外界条件的变化更适于热量散发而不是聚集度但由于外界条件的变化更适于热量散发而不是聚集(jj)，煤炭自燃过程自行放慢而进入冷却阶段，继续发展，便进入煤炭自燃过
13、程自行放慢而进入冷却阶段，继续发展，便进入风化状态，使煤自燃倾向性能力降低而不易再次发生自热。风化状态，使煤自燃倾向性能力降低而不易再次发生自热。风化风化(fnghu)冷却冷却 煤温达到着火温度（无烟煤煤温达到着火温度（无烟煤400、烟煤、烟煤320-380 、褐煤、褐煤300）开始燃烧。）开始燃烧。第13页/共121页第十四页，共121页。煤自燃煤自燃(z rn)影响因素影响因素煤的变质程度煤的变质程度煤的变质程度煤的变质程度煤的水分煤的水分煤的水分煤的水分(shu(shu fn)fn)煤岩成分煤岩成分煤岩成分煤岩成分煤的含硫量煤的含硫量煤的含硫量煤的含硫量煤的粒度、孔隙度煤的粒度、孔隙度煤
14、的粒度、孔隙度煤的粒度、孔隙度内在内在(nizi)因素：因素：第14页/共121页第十五页，共121页。煤自燃煤自燃(z rn)影响因素影响因素外在因素(yn s)：煤炭自燃倾向性取决于煤在常温下的氧化能力，是煤层煤炭自燃倾向性取决于煤在常温下的氧化能力，是煤层(micng)发生自燃的基本条件。然而在生产中，一个煤层发生自燃的基本条件。然而在生产中，一个煤层(micng)或矿井的自然发火危险程度并不完全取决于煤的自燃倾向或矿井的自然发火危险程度并不完全取决于煤的自燃倾向性，还受外界条件的影响。性，还受外界条件的影响。p煤层地质赋存条件煤层地质赋存条件 p采掘技术因素采掘技术因素 p通风管理因素
15、通风管理因素 第15页/共121页第十六页，共121页。煤层地质煤层地质(dzh)赋存赋存条件条件煤层煤层(micng)厚度厚度 煤层煤层(micng)倾角倾角 开采厚煤层的矿井，内因火灾发生次数比开采中厚和薄煤层的矿井多；开采厚煤层的矿井，内因火灾发生次数比开采中厚和薄煤层的矿井多；据统计，有据统计，有 80的自燃火灾发生在厚煤层开采中的自燃火灾发生在厚煤层开采中；国内的鹤岗矿区统计，有国内的鹤岗矿区统计，有 86.6的自燃火灾发生在的自燃火灾发生在 5m以上的厚煤层中；以上的厚煤层中；原苏联库兹涅茨矿区原苏联库兹涅茨矿区 2/3以上的煤炭自燃也发生在以上的煤炭自燃也发生在 5m以上的厚煤层
16、中。以上的厚煤层中。开采急倾斜煤层比开采缓倾斜煤层易自燃开采急倾斜煤层比开采缓倾斜煤层易自燃；原苏联库兹涅茨矿区原苏联库兹涅茨矿区 75的自燃火灾发生在的自燃火灾发生在 4590倾角的煤层中；倾角的煤层中；德国鲁尔矿区德国鲁尔矿区 81.5的自燃火灾发生在的自燃火灾发生在 3690倾角的煤层内；倾角的煤层内；原因：原因：倾角大的煤层受到地质作用影响比较大，使得煤层在开采过程中比较容易破碎倾角大的煤层受到地质作用影响比较大，使得煤层在开采过程中比较容易破碎倾角大的煤层频繁发生自燃还因为急倾斜煤层顶板管理困难，采空区不易充倾角大的煤层频繁发生自燃还因为急倾斜煤层顶板管理困难，采空区不易充严，煤柱也
17、不易保留，漏风大严，煤柱也不易保留，漏风大 第16页/共121页第十七页，共121页。地质地质(dzh)构构造造 煤层煤层(micng)顶板顶板 煤层煤层(micng)地质赋地质赋存条件存条件 自然发火次数要多于煤层层位规则的地方如断层、褶曲发育地带、岩浆入侵地如断层、褶曲发育地带、岩浆入侵地带带。这是由于煤层受张拉、挤压的作用，裂隙大量发生，破碎的煤体吸氧条件好，氧化性能高。据四川芙蓉煤矿统计，巷道自燃火灾52发生在断层附近。煤层顶板坚硬，煤柱易受压碎裂。坚硬顶板的采区空冒落充填不密实，冒落后有时还会形成与相邻正在回采的采区，甚至地面连通的裂隙，漏风无法杜绝，为自燃提供了条件 若顶板易于垮落
18、，垮落后能够严密地充填采空区并很快被压实，火灾就不易形成，即使发生，规模也不会很大。第17页/共121页第十八页，共121页。采掘采掘(ci ju)技术因素技术因素 采掘技术因素对自燃危险性的影响主要表现在采区回采速度、回采期、采空区丢煤量及其集中程度、顶板管理方法、煤柱及其破坏程度、采空区封闭难易(nn y)等方面。采煤方法影响(yngxing)煤炭自燃主要表现在煤炭回采率的高低和回采时间的长短等，丢煤愈多、浮煤越集中的采煤方法越易引起自燃。开采一个采区时采用前进式开采程序比用后退式开采的漏风大，而且也使采空区内的遗煤受氧作用时间长，都为自燃创造了条件 规程规定：开采容易自燃和自燃的煤层（薄
19、煤层除外）时，采煤工作面必须采用后退式开采 一个采区或工作面回采时应力求采用进度快的生产工艺，使采空区遗煤经受氧的作用时间大大小于煤层的自然发火期，就不易自燃发生。第18页/共121页第十九页，共121页。通风管理通风管理(gunl)因素因素 通风因素的影响主要表现在采空区、煤柱和煤壁裂隙漏风。矿井通风网络结构简单，风网阻力适中，主要通风机与风网匹配，通风设施布置合理(hl)，通风压力分布适宜的通风系统可以大大减少或消除自然发火的供氧因素，主要表现在：从全矿井网络结构来看，开采自燃煤层的大中型矿井，以中央分列式和两翼对角式通风为好；（减少通风路线，减低通风阻力）采区应是分区通风，即采区之间是一
20、个并联子系统，而不应是串联，应尽量避免角联；（防治有毒有害气体扩散至其他作业点、降低压力）主要通风机与风网匹配主要通风机压力最好保持在2kPa以下；后退式“U”形、“W”形通风方式有利于防治自燃，“Y”形和“Z”形通风方式易促进采空区自燃；通风设施布置合理(hl)是指风门、风墙、调节风门等通风构筑物及设施位置恰当、布局合理(hl)。一般来说，以减小采空区或火区进回风密闭墙两侧通风压差为准。第19页/共121页第二十页，共121页。煤低温氧化煤低温氧化煤低温氧化煤低温氧化(ynghu)(ynghu)(ynghu)(ynghu)特性及标志性气体特性及标志性气体特性及标志性气体特性及标志性气体第20
21、页/共121页第二十一页，共121页。煤低温煤低温(dwn)氧化特性氧化特性消耗(xioho)氧气温度(wnd)升高、产生热量生成气态产物煤的官能团变化自由基变化宏宏观观特特性性微微观观特特性性产生第21页/共121页第二十二页，共121页。煤低温氧化气体煤低温氧化气体煤低温氧化气体煤低温氧化气体(qt)(qt)(qt)(qt)产物特产物特产物特产物特性性性性不同煤氧化过程不同煤氧化过程(guchng)中生成中生成CO浓度随氧化浓度随氧化温度的变化温度的变化煤氧化过程中，煤氧化过程中，CO、CO2气体析出随氧化温度升高，由缓慢增加变至急剧增加。气体析出随氧化温度升高，由缓慢增加变至急剧增加。褐
22、煤的褐煤的CO气体浓度气体浓度 气煤气煤气肥煤气肥煤无烟煤；最早出现无烟煤；最早出现 CO气体的温度，褐煤最低，气煤次之，气肥煤再次之，无烟煤最高。气体的温度，褐煤最低，气煤次之，气肥煤再次之，无烟煤最高。CO浓度开始急剧上升浓度开始急剧上升(shngshng)的拐点温度为：褐煤：的拐点温度为：褐煤：8090；气煤和气肥煤：；气煤和气肥煤：120140；无烟煤：；无烟煤：160170。在这些温度段以后，氧化激烈，。在这些温度段以后，氧化激烈，CO浓度增加极快，向深度氧化发展。浓度增加极快，向深度氧化发展。C2H4的析出随温度的升高，由缓慢增加至急剧增加的变化。褐煤的的析出随温度的升高，由缓慢增
23、加至急剧增加的变化。褐煤的C2H4气体浓度气体浓度 气煤气煤气肥煤气肥煤;出现出现C2H4气体的温度随煤的变质增高而增加，无烟煤未产生气体的温度随煤的变质增高而增加，无烟煤未产生C2H4气体。气体。不同煤氧化过程中生成不同煤氧化过程中生成C2H4浓度随氧化温度变化浓度随氧化温度变化第22页/共121页第二十三页，共121页。煤低温氧化煤低温氧化煤低温氧化煤低温氧化(ynghu)(ynghu)(ynghu)(ynghu)气体气体气体气体产物特性产物特性产物特性产物特性不同煤氧化过程中生成不同煤氧化过程中生成(shn chn)C2H6浓度随氧化温度变化浓度随氧化温度变化 气煤和气肥煤原煤气煤和气肥
24、煤原煤(yunmi)样含有样含有C2H6气体，而且随氧气体，而且随氧化温度升高，析出化温度升高，析出C2H6气体气体浓度增加。浓度增加。气肥煤原煤样含有气肥煤原煤样含有C3H8气体，气体，随氧化温度增加，析出随氧化温度增加，析出C3H8气体气体浓度也增加。浓度也增加。不同煤氧化过程中生成不同煤氧化过程中生成C3H8浓度随氧化温度浓度随氧化温度变化变化第23页/共121页第二十四页，共121页。煤低温氧化煤低温氧化煤低温氧化煤低温氧化(ynghu)(ynghu)(ynghu)(ynghu)气体产物气体产物气体产物气体产物变化规律变化规律变化规律变化规律对对于于特特定定的的某某一一种种煤煤（或或者
25、者某某一一煤煤样样）来来说说，不不同同气气体体产产物物的的出出现现温温度度及及生生成成量量不不同同。CO的的出出现现温温度度通通常常低低于于烯烯烃烃，烯烯烃烃的的出出现现温温度度低低于于炔炔烃烃，炔炔烃烃出出现现的的温温度度最最高高。普普遍遍认认为为，出出现现CO之之前前是是蓄蓄热热阶阶段段；在在CO出出现现温温度度与与C2H4出出现现温温度度之之间间的的是是氧氧化化自自热热阶阶段段，C2H4出出现现温温度度到到C2H2出出现现温度之间是深度氧化。温度之间是深度氧化。对对于于不不同同种种类类的的煤煤，或或者者说说自自燃燃倾倾向向性性不不同同的的煤煤，同同一一种种气气体体产产物物的的出出现现温温
26、度度及及生生成成量量不不一一样样。基基本本规规律律是是：越越易易自自燃燃的的煤煤，如如低低变变质质(bin zh)程程度度的的褐褐煤煤，出出现现同同一一种种气气体体产产物物的的温温度度越越低低，在在同同样样温温度度下下气气体体产产物物的的生生成成量量越越大大；越越不不易易自自燃燃的的煤煤，如如变变质质(bin zh)程程度度高高的的无无烟烟煤煤，出出现现同同一种气体产物的温度越高，且在同样温度下生成量也越小。一种气体产物的温度越高，且在同样温度下生成量也越小。第24页/共121页第二十五页，共121页。煤低温氧化气体煤低温氧化气体煤低温氧化气体煤低温氧化气体(qt)(qt)(qt)(qt)产物
27、变化规产物变化规产物变化规产物变化规律律律律气体生成量在低温阶段是随温度上升而增大的，生成速率与气体生成量在低温阶段是随温度上升而增大的，生成速率与温度之间存在密切的关系，通常可认为服从指数关系。温度之间存在密切的关系，通常可认为服从指数关系。实验发现实验发现CO是煤自然发火过程中碳氧化反应较敏感的产物，是煤自然发火过程中碳氧化反应较敏感的产物，且该气体在煤吸附气体中不存在，受煤样物理吸附特性的影响且该气体在煤吸附气体中不存在，受煤样物理吸附特性的影响较小，能够较小，能够(nnggu)较好反映煤低温氧化化学特性；而且，较好反映煤低温氧化化学特性；而且，CO作为常规气体，可以通过气相色谱分析仪实
28、现精确测试。作为常规气体，可以通过气相色谱分析仪实现精确测试。第25页/共121页第二十六页，共121页。煤自燃煤自燃煤自燃煤自燃(z rn)(z rn)(z rn)(z rn)标志性气体的标志性气体的标志性气体的标志性气体的选取选取选取选取通过煤自燃气体产物随温度的变化规律研究得出各种气体产生的最低温通过煤自燃气体产物随温度的变化规律研究得出各种气体产生的最低温度，以及气体生成量和煤温之间的关系。在实际生产度，以及气体生成量和煤温之间的关系。在实际生产(shngchn)过程中过程中可以通过气体成分和浓度的测试反推出隐蔽区域煤自燃的发展程度，对可以通过气体成分和浓度的测试反推出隐蔽区域煤自燃的
29、发展程度，对煤炭自燃火灾进行预测预报。煤炭自燃火灾进行预测预报。在煤自燃的预测预报在煤自燃的预测预报(ybo)中一般以中一般以CO和烷和烷烯烃做为煤自燃的预测预报烯烃做为煤自燃的预测预报(ybo)指标指标CO 煤开始氧化C2H4 进入加速氧化阶段120左右C2H2 200以上或出现明火第26页/共121页第二十七页，共121页。三、煤的自燃三、煤的自燃(z rn)倾向性与自然发倾向性与自然发火期火期 煤的自燃倾向性：煤自燃难易程度，是煤低温氧化性煤的自燃倾向性：煤自燃难易程度，是煤低温氧化性的体现，是煤的内在的体现，是煤的内在(nizi)属性之一属性之一 煤自燃倾向性仅仅是煤的氧化性和热释放强
30、度的问题，与影响煤煤自燃倾向性仅仅是煤的氧化性和热释放强度的问题，与影响煤自燃的条件自燃的条件(tiojin)如聚热环境、风速、空气湿度和空气中的如聚热环境、风速、空气湿度和空气中的氧气浓度等都没有关系。氧气浓度等都没有关系。同样的煤在某一环境下可能比较容易自燃，而在另外一个环境下可能就自燃同样的煤在某一环境下可能比较容易自燃，而在另外一个环境下可能就自燃不起来，这不能说明该煤的自燃倾向性变化了。不起来，这不能说明该煤的自燃倾向性变化了。煤自燃倾向性是煤矿防灭火等级划分的唯一依据，并且所有防灭煤自燃倾向性是煤矿防灭火等级划分的唯一依据，并且所有防灭火技术与措施都建立在煤自燃倾向性鉴定基础之上火
31、技术与措施都建立在煤自燃倾向性鉴定基础之上。第27页/共121页第二十八页，共121页。煤自燃煤自燃(z rn)倾向性鉴定方法倾向性鉴定方法 我国现行规程第二百二十八条规定：煤的自燃倾向性分为容易自燃、自燃和不易(b y)自燃三类。新建矿井的所有煤层的自燃倾向性由地质勘探部门提供煤样和资料，送国家授权单位作出鉴定，鉴定结果报省级煤矿安全监察机构及省（自治区，直辖市）负责煤炭行业管理的部门备案。生产矿井延深新水平时，必须对所有煤层的自燃倾向性进行鉴定。开采容易自燃和自燃煤层的矿井，必须采取综合预防煤层自然发火的措施。由此可见，科学地鉴定煤自燃倾向性对于矿井防灭火和煤炭储运过程是至关重要的。第28
32、页/共121页第二十九页，共121页。绝热氧化法绝热氧化法 交叉点温度交叉点温度(wnd)(wnd)法法 高温活化能法高温活化能法 热分析方法（热分析方法（TGA TGA、DTADTA、DSC DSC）色谱吸氧法色谱吸氧法 氧化动力学测定方法氧化动力学测定方法p 国内外现有国内外现有(xin yu)的煤自燃倾向性测试的煤自燃倾向性测试方法方法 第29页/共121页第三十页，共121页。煤自燃煤自燃(z rn)倾向性鉴定方法倾向性鉴定方法 色谱色谱(s p)吸吸氧法氧法原理原理(yunl)：煤自燃倾向性色谱吸氧鉴定法是基于煤在低温常压下对氧的吸煤自燃倾向性色谱吸氧鉴定法是基于煤在低温常压下对氧的
33、吸附属于单分子物理吸附状态为理论基础，按朗格谬尔单分子吸附方附属于单分子物理吸附状态为理论基础，按朗格谬尔单分子吸附方程，用双气路流动色谱法测定煤吸附流态氧的特性，以煤在限定条程，用双气路流动色谱法测定煤吸附流态氧的特性，以煤在限定条件下，测定其吸氧量，以吸氧量值作为煤自燃倾向性分类主指标。件下，测定其吸氧量，以吸氧量值作为煤自燃倾向性分类主指标。依据标准：依据标准：中华人民共和国国家标准GB/T 20104-2006煤自燃倾向性色谱吸氧鉴定法（2006-08-01实施）。第30页/共121页第三十一页，共121页。煤自燃煤自燃(z rn)倾向性鉴定方法倾向性鉴定方法 色谱色谱(s p)吸氧法
34、吸氧法分类标准：分类标准：以以1g干煤在常温（干煤在常温（30）、常压（）、常压（101325Pa）下的物理）下的物理(wl)吸附氧量作为分类的吸附氧量作为分类的主要指标，并综合考虑干燥无灰基挥发分及含硫量来对煤的自燃倾向性进行分类。主要指标，并综合考虑干燥无灰基挥发分及含硫量来对煤的自燃倾向性进行分类。煤样干燥无灰基挥发分煤样干燥无灰基挥发分Vdaf18%18%时自燃倾向性分类时自燃倾向性分类自燃倾向性等级自燃倾向性等级自燃倾向性自燃倾向性煤的吸氧量煤的吸氧量Vd/cm3g-1干煤干煤容易自燃容易自燃Vd0.700.70自燃自燃0.400.40Vd0.700.70不易自燃不易自燃Vd0.40
35、0.40煤样干燥无灰基挥发分煤样干燥无灰基挥发分Vdaf18%18%时自燃倾向性分类时自燃倾向性分类自燃倾向性等级自燃倾向性等级自燃倾向性自燃倾向性煤的吸氧量煤的吸氧量Vd/cm3g-1干煤干煤全全 硫硫容易自燃容易自燃Vd1.001.002.002.00自燃自燃Vd1.001.00不易自燃不易自燃2.002.00Vdaf=Vad100/（100-Mad-Aad），Vad、Mad、Aad分别为挥发分、水分、灰分。第31页/共121页第三十二页，共121页。煤自燃煤自燃(z rn)倾向性鉴定方法倾向性鉴定方法 色谱色谱(s p)吸吸氧法氧法测试测试(csh)仪器：仪器：ZRJ-1型流态色谱吸氧仪
36、器型流态色谱吸氧仪器流态色谱吸氧原理图流态色谱吸氧原理图第32页/共121页第三十三页，共121页。煤自燃煤自燃(z rn)倾向性鉴定方法倾向性鉴定方法 色谱色谱(s p)吸氧法吸氧法测试步骤：测试步骤：（1）煤样称取和安装）煤样称取和安装 称取分析煤样称取分析煤样1.00.0001克，四支样品管可分别克，四支样品管可分别装入四个分析样品，在样品管的两端塞以少量玻璃棉，再将样品管连接装入四个分析样品，在样品管的两端塞以少量玻璃棉，再将样品管连接在相应气路上；在相应气路上；（2）煤样水分处理）煤样水分处理 样品管连接好以后，将六通阀置于【脱附】位置，样品管连接好以后，将六通阀置于【脱附】位置，四
37、路开关阀全部打开，通氮气，用稳压阀将流量调至四路开关阀全部打开，通氮气，用稳压阀将流量调至300.5 cm3/min，稳定十分钟后，启动，稳定十分钟后，启动(qdng)仪器，将【柱箱】温度设定为仪器，将【柱箱】温度设定为105，保持恒温保持恒温1.52.0h；（3）煤样吸氧量测定）煤样吸氧量测定 将【柱箱】温度修改设定为将【柱箱】温度修改设定为30，稳定后将处，稳定后将处理好的煤样，在测定条件下吸附氧气理好的煤样，在测定条件下吸附氧气20 min后，测定脱附峰面积后，测定脱附峰面积S；将；将测试完的煤样倒出，相同的测试条件下，同一样品管空管吸附氧气测试完的煤样倒出，相同的测试条件下，同一样品管
38、空管吸附氧气5 min,测定脱附峰面积测定脱附峰面积S；（4）吸氧量的计算）吸氧量的计算第33页/共121页第三十四页，共121页。针对煤自燃过程针对煤自燃过程(guchng)(guchng)的分段特性和现有测定的分段特性和现有测定方法与装置的不足，中国矿业大学提出了以热自燃理论方法与装置的不足，中国矿业大学提出了以热自燃理论和自由基链式反应理论为基础、以煤自燃动态发展全过和自由基链式反应理论为基础、以煤自燃动态发展全过程程(guchng)(guchng)为研究对象、以煤氧作用微观与宏观特性为研究对象、以煤氧作用微观与宏观特性相结合的煤自燃倾向性的氧化动力学测定方法。（行业相结合的煤自燃倾向性
39、的氧化动力学测定方法。（行业标准：煤自燃倾向性氧化动力学测定方法标准：煤自燃倾向性氧化动力学测定方法 AQ/T1068-AQ/T1068-20082008，20092009年年1 1月月1 1日实施）日实施）煤自燃煤自燃煤自燃煤自燃(z rn)(z rn)倾向性的氧化动力学测定倾向性的氧化动力学测定倾向性的氧化动力学测定倾向性的氧化动力学测定方法方法方法方法 第34页/共121页第三十五页，共121页。煤自燃煤自燃煤自燃煤自燃(z rn)(z rn)倾向性的氧化动力学测定方倾向性的氧化动力学测定方倾向性的氧化动力学测定方倾向性的氧化动力学测定方法法法法 p本方法采用低温氧化本方法采用低温氧化(
40、ynghu)(ynghu)阶段的耗氧指阶段的耗氧指标和加速升温阶段的交叉标和加速升温阶段的交叉点温度指标来反映煤不同点温度指标来反映煤不同阶段的自燃特性，最后对阶段的自燃特性，最后对这两个指标进行综合，从这两个指标进行综合，从而确定出煤自燃倾向性的而确定出煤自燃倾向性的判定指数。判定指数。特征参数的选取特征参数的选取(xunq)低温缓慢自热阶段加速氧化阶段煤自燃倾向性判定指标C02（70）Tcpt 第35页/共121页第三十六页，共121页。p测试测试(csh)(csh)装置装置煤自燃煤自燃煤自燃煤自燃(z rn)(z rn)倾向性的氧化动力学测定方倾向性的氧化动力学测定方倾向性的氧化动力学测
41、定方倾向性的氧化动力学测定方法法法法 第36页/共121页第三十七页，共121页。煤自燃煤自燃煤自燃煤自燃(z rn)(z rn)倾向性的氧化动力学测定方倾向性的氧化动力学测定方倾向性的氧化动力学测定方倾向性的氧化动力学测定方法法法法 p测试步骤测试步骤装样（50g）炉温(l wn)40恒温运行（流量96ml/min）煤温70时测试出口(ch ku)氧气浓度调整流量为96ml/min测试交叉点温度结束测试 数据处理煤温35 调整流量为8ml/min煤温40，0.8/min程序升温70 交叉点测试温升曲线图测试温升曲线图第37页/共121页第三十八页，共121页。低温缓慢低温缓慢(hunmn)自
42、热阶段自热阶段加速加速(ji s)氧化阶段氧化阶段C02（70）Tcpt p综合判定综合判定(pndng)(pndng)指数计算指数计算方法方法煤自燃倾向性的氧化动力学测定方法煤自燃倾向性的氧化动力学测定方法煤自燃倾向性的氧化动力学测定方法煤自燃倾向性的氧化动力学测定方法 第38页/共121页第三十九页，共121页。p倾向性分类倾向性分类(fn li)(fn li)指标指标自燃倾向性分类判定指数I容易自燃I600自燃 600 I1200不易自燃I1200煤自燃煤自燃(z rn)倾向性的氧化动力学测倾向性的氧化动力学测定方法定方法 第39页/共121页第四十页，共121页。序号序号标准编号标准编
43、号标准名称标准名称代替标准号代替标准号实施日期实施日期2020AQ/T10682008AQ/T10682008 煤自燃倾向性的氧化动力学测定方法煤自燃倾向性的氧化动力学测定方法2009-01-01备注备注由于篇幅原因，第1-19、21-81项标准此处略去不写。国家安全生产国家安全生产(shngchn)监督管理总局批准监督管理总局批准 81项安全生产项安全生产(shngchn)行业标准目录行业标准目录煤自燃煤自燃煤自燃煤自燃(z rn)(z rn)倾向性的氧化动力学测定倾向性的氧化动力学测定倾向性的氧化动力学测定倾向性的氧化动力学测定方法方法方法方法 第40页/共121页第四十一页，共121页。
44、煤自然煤自然(zrn)发火期发火期 煤的自然煤的自然煤的自然煤的自然(zrn)(zrn)发火期是煤炭自然发火期是煤炭自然发火期是煤炭自然发火期是煤炭自然(zrn)(zrn)发火危险性的时间量度，即发火危险性的时间量度，即发火危险性的时间量度，即发火危险性的时间量度，即煤体从暴露在空气环境之时起到自燃（温度达到该煤的着火点温度）所煤体从暴露在空气环境之时起到自燃（温度达到该煤的着火点温度）所煤体从暴露在空气环境之时起到自燃（温度达到该煤的着火点温度）所煤体从暴露在空气环境之时起到自燃（温度达到该煤的着火点温度）所需的时间需的时间需的时间需的时间 。煤的最短自然发火煤的最短自然发火煤的最短自然发火
45、煤的最短自然发火(f hu)(f hu)期是指煤矿矿井某一煤层自然发火期是指煤矿矿井某一煤层自然发火期是指煤矿矿井某一煤层自然发火期是指煤矿矿井某一煤层自然发火(f hu)(f hu)观察和记录的数据中最短的一个时间值。观察和记录的数据中最短的一个时间值。观察和记录的数据中最短的一个时间值。观察和记录的数据中最短的一个时间值。通常所说的煤的自然发火期指的就是最短自然发火期通常所说的煤的自然发火期指的就是最短自然发火期。煤自燃倾向性的高低不能完全决定自然发火期长短，二者间没有煤自燃倾向性的高低不能完全决定自然发火期长短，二者间没有煤自燃倾向性的高低不能完全决定自然发火期长短，二者间没有煤自燃倾向
46、性的高低不能完全决定自然发火期长短，二者间没有必然的对应关系必然的对应关系必然的对应关系必然的对应关系 合理的开拓开采方法、良好的通风系统等外因条件可以在很大的程度上控制自燃火灾的发生，或者说，可以延长自然发火期。第41页/共121页第四十二页，共121页。确定自然发火期的方法(fngf)：统计比较法类比法实验室测定法综合法 煤自然煤自然(zrn)发火期发火期 第42页/共121页第四十三页，共121页。煤自然煤自然(zrn)发火期发火期 适用于生产矿井。在矿井生产建设期间，通过对煤层的自燃情况作认真适用于生产矿井。在矿井生产建设期间，通过对煤层的自燃情况作认真的统计的统计(tngj)和记录，
47、将同一煤层发生的各项自燃火灾逐一比较，以和记录，将同一煤层发生的各项自燃火灾逐一比较，以其发火时间最短者作为该煤层的自然发火期，一般以月为单位。其发火时间最短者作为该煤层的自然发火期，一般以月为单位。统计统计(tngj)比比较法较法巷道中煤层自然发火期以自然发火地点揭露煤之日起至发生自然发火时为止的时巷道中煤层自然发火期以自然发火地点揭露煤之日起至发生自然发火时为止的时间计算；间计算；回采工作面煤层自然发火期一般以工作面开切眼之日起至发生自然发火回采工作面煤层自然发火期一般以工作面开切眼之日起至发生自然发火时为止的时间计算。时为止的时间计算。判断是否发生自然发火的情况：判断是否发生自然发火的情
48、况：煤炭自燃引起明火；煤炭自燃引起明火；煤炭自燃产生烟雾；煤炭自燃产生烟雾；煤炭自燃产生煤油味；煤炭自燃产生煤油味；采空区测得一氧化碳浓度超过矿井实际统计的临界指标。采空区测得一氧化碳浓度超过矿井实际统计的临界指标。第43页/共121页第四十四页，共121页。缺点：缺点：缺点：缺点：统计比较法得到的自然发火期受生产实际的影响较大统计比较法得到的自然发火期受生产实际的影响较大统计比较法得到的自然发火期受生产实际的影响较大统计比较法得到的自然发火期受生产实际的影响较大(jio d)(jio d)，范围较宽。采用经验统计方法确定煤的自然发火，范围较宽。采用经验统计方法确定煤的自然发火，范围较宽。采用
49、经验统计方法确定煤的自然发火，范围较宽。采用经验统计方法确定煤的自然发火期，由于火源点位置不能确定，就不能确定自然发火地点的揭期，由于火源点位置不能确定，就不能确定自然发火地点的揭期，由于火源点位置不能确定，就不能确定自然发火地点的揭期，由于火源点位置不能确定，就不能确定自然发火地点的揭煤时间；此外，由于煤炭自燃火源点的隐蔽性，也不能准确确煤时间；此外，由于煤炭自燃火源点的隐蔽性，也不能准确确煤时间；此外，由于煤炭自燃火源点的隐蔽性，也不能准确确煤时间；此外，由于煤炭自燃火源点的隐蔽性，也不能准确确定火源点的发火时间。因此，煤层自然发火期的统计都会存在定火源点的发火时间。因此，煤层自然发火期的
50、统计都会存在定火源点的发火时间。因此，煤层自然发火期的统计都会存在定火源点的发火时间。因此，煤层自然发火期的统计都会存在一定的误差，故自然发火期一般以月为单位计算。一定的误差，故自然发火期一般以月为单位计算。一定的误差，故自然发火期一般以月为单位计算。一定的误差，故自然发火期一般以月为单位计算。煤自然煤自然(zrn)发火期发火期 统计统计(tngj)比比较法较法第44页/共121页第四十五页，共121页。煤自然煤自然(zrn)发火期发火期 类比类比(lib)法法 此法适用于新建矿井。对于新建的、开采有自燃倾向性的煤层的矿此法适用于新建矿井。对于新建的、开采有自燃倾向性的煤层的矿此法适用于新建矿