煤炭自燃的过程有哪些

煤炭自燃是一个复杂的过程，受着多种因素的影响，但煤炭自燃必须具备以下条件：

（1）煤有自燃倾向性，且以破碎状态存在；（2）有连续的供氧条件；（3）有积聚氧化热的环境；（4）上述三个条件持续足够的时间。煤大体上由有机物和无机物组成,主要可燃元素是碳(约占65%～95%),其次是氢(约占1%～2%),并含少量氧(约占3%～5%,有时高达25%)、硫(约占10%),上述元素一起构成可燃化合物,称为煤的可燃质。除此之外,煤中还含有一些不可燃的矿物质灰分(5%～15%,也有高达50%)和水分(一般在2%～20%之间变化),这些物质称为煤的惰性质。

煤被空气中的氧气氧化是煤自燃的根本原因。煤中的碳、氢等元素在常温下就会发生反应,生成可燃物co、ch4及其他烷烃物质。煤的氧化又是放热反应,如果热量不能及时散发掉,将使煤的堆积温度升高,反过来又加速煤的氧化,放出更多的可燃质和热量。当热量聚集,温度上升到一定值时,即会引起可燃物质燃烧而自燃。

通过对我国北方煤田火区50年来积累的资料进行分析和大面积野外实地观察，结合甘肃窑街火区、新疆硫磺沟火区、宁夏汝箕沟火区、内蒙古乌达火区的典型研究，可初步把地下煤层自燃的形成分成四个阶段。

（一）自燃阶段

煤在自然环境中与空气的接触，吸附氧气并产生氧化作用，氧化产生热量；当煤层中发热量大于散热量时开始聚热增温，增温达到110℃以前煤中水分蒸发，煤层冒白气；温度达到110℃以上时，煤体进入烘干阶段，热解作用加速进行，增温过程不可逆转，煤层开始冒灰烟；当某个点增温量达到煤自燃临界值时，开始自燃着火，生成明火点或冒黑烟点。

煤的自然着火过程。煤的自然着火在地表、地下和矿井中普遍发生。由于煤质和赋存状态吸氧能力不同，受温度和供氧能力的影响，煤在开始自然着火阶段时燃时熄。当煤层温度逐步升高后，由少数自然着火点，发展成几个、几十个着火点，但仍处于时燃时熄状态。当较大空间的煤体达到着火临界值时，为形成燃烧中心准备了条件。

控制煤从氧化到自然着火的条件。煤质和供氧聚热环境是控制煤从氧化到自然着火的主要条件。乌达煤田采空区、采空塌陷的遗煤，氧化发热聚温18年才发生自燃着火。

（二）燃烧中心形成阶段

煤火形成初期均是由一个点开始的，这个点具备供氧充足且有利于聚热的环境。此点周围的煤被氧化产生热量，并只在此点聚集起来，使此点煤温逐渐增高直至自然着火，这样就形成了燃烧中心。

地下煤体自燃着火后，与地表形成热压差，地表大气通过各种渠道，如以裂隙、洞穴、渗漏等方式与自燃着火点连通，形成以地表大气输气供氧，燃烧后烟雾向地表大气排放的空气动力系统。空气动力系统与燃烧体结合，形成具有一定能量的燃烧动力系统。燃烧动力系统形成煤层以喷出点为中心的燃烧中心，地下煤层燃烧后进入低温干馏阶段，并且以燃烧中心的能量向更大空间发展。燃烧中心的面积在几平方米到数百平方米之间。

（三）燃烧系统发展阶段

燃烧中心形成后，由于煤层的温度进一步上升和燃烧裂隙的发展，改变了煤层的燃烧条件，形成更好的燃烧环境，由几个或几十个燃烧中心发展成一个燃烧系统。在燃烧系统阶段，各燃烧中心的输气供氧渠道连网成片，地下煤层燃烧形成规模，进入半焦—焦化—石墨化阶段。

燃烧系统阶段构成煤火灾害。一个火区由一个或数十个燃烧系统构成，燃烧系统是煤田火区灭火和探测的基本单位，面积在数百平方米到数万平方米之间。

（四）熄灭降温阶段

地下煤层局部燃烬熄灭，上覆岩石在高温作用下，进入由沉积岩向烧变岩的变质阶段。随着温度的降低，产出一系列标志性燃烧产物，例如刚玉（2400℃），熔变角砾岩（1600～1200℃），烧变天然焦（1000℃），瓷化玻状烧变板岩（800℃），烧变砂岩（600℃），烧变黄土（300℃），芒硝、硫磺结晶群（150～110℃）等。在燃烧熄灭变质阶段，上覆岩石变质塌陷，形成大面积的烧变塌陷坑或密集的塌陷群。

(2)自热阶段。煤温开始升高至其温度达到燃点的过程叫自热阶段。自热过程是煤氧化反应自动加速、氧化产生热量逐渐积累、温度自动升高的过程。具有以下特点：①氧化放热较大，煤温及其环境温度升高②空气中CO、CO2含量显著增加，并散发出煤油味和其他芳香气味③有水蒸汽生成，火源附近出现雾气，在支架及巷道壁上凝有水珠④微观结构发生变化。

(3)燃烧阶段。煤温达到其自燃点后，若能得到充分的供氧(风)，则发生燃烧，出现明火。这时会产生大量的高温烟雾，其中含有CO、CO2以及碳氢类化合物。若煤温达到自燃点，但供风不足，则只有烟雾而无明火，此即为干馏或阴燃。

(4)熄灭。及时发现，采取有效的灭火措施，使煤温降至燃点以下，燃烧熄灭

影响自燃主要有以下几方面的因素：

1、水分：水分的含量及变化是影响煤自发热最主要的因素，当水蒸发时从外界吸收大量的热，冷凝时就将这些热传给煤粉，理论上讲，含水量增加1%将使煤温上升17℃。因此不能用水来冷却已经产生自发热的煤堆，这是因为冷却水很难将全部的煤浸透而只是让部份温度下降而已。

2、通风率：理论上在松散的煤堆中不流通的空气完全反应的话将使其温度上升2℃，实际上当高速流通的空气在提供煤以氧气的同时也会带走大量的热，而低速则恰好相反，尽管也提供相当数量的氧气但却不能带走其自发产生的热量。操作上长期置放的煤粉一定要压紧，清除周围的杂草勿使草根造成煤堆松质化，使空气容易进入，温度容易提高。

3、颗粒细度：与自发热成反比的关系，颗粒越小其表面积越大，与空气的接触越充分，更容易产生自热。但出于堆置上的考量，使煤堆不致于容易坍塌，一般会将其细度控制在一定范围。

4、挥发份：按挥发份可以将煤分为烟煤、褐煤、无烟煤，其热值递增，自发热可能性降低。而且由于煤粉飞灰都搀在生料中使用（G生料配料必须考虑到这一点），因此根据不同的燃煤要求不同配比的生料，烧成操作上也作调整。

5、温度：最重要的操作参数，跟据实验室检定，80℃以下温升其反应率反而下降，80℃其活性随温度上升而上升。

关于煤的自燃问题，长期以来，一般都认为煤中黄铁矿的存在是自燃的原因，由于黄铁矿氧化成为三氧化二铁及三氧化硫时能放出热量，在有水分参加的情况下，可以形成硫酸，它是很强的氧化剂，更加速煤的氧化，促进煤的自燃。

需要指出，有的含有黄铁矿的煤，虽然经过长斯放置，并不一定发生燃，而不含或少含黄铁矿的煤也有自燃现象。因此，煤的自燃并非完全因含有黄铁矿而引起。其主要原因是由于吸收了空气中的氧气，使煤的组成物质氧化产生热量，再被水湿润，就放出更多的湿润热，也会加速煤的自燃。此外，煤的自燃还与煤本身的性质有关。如煤的品级；煤的显微组分、水分、矿物质、节理和裂隙；煤层埋藏深度和煤层厚度；开采方法和通风方式等。煤的自燃从本质上来说是煤的氧化过程。

1.2 煤自燃的不同阶段

（1）水吸附阶段。与其他阶段不同，这个阶段只是个物理过程，煤与氧不会发生反应，煤吸附水虽不是煤自燃的根本原因，但他对煤自热，特别是低品级的煤自热有重要影响。当水被煤吸附时会放出大量热，即润湿热。所以，多数情况下该阶段对煤的自燃都起着关键作用。 {TodayHot}

（2）化学吸附阶段。煤自燃过程首先在这个阶段发生化学反应。该阶段的反应温度为环境温度至70℃。这伸过程中煤吸附氧气会产生过氧化物，因而叫做化学吸附阶段。化学吸附阶段煤重略有增加，并产生气体，其中的CO可作为标准气体，通过监测CO浓度可对煤的自燃进行早期预报，化学吸附阶段需要少量水参加反应。根据煤的品级和类型不同，化学吸附的放热量在5.04～6.72J/g之间变化。若煤温达到70℃时会分解，煤重随之在幅度下降，甚至比原始煤重还要轻。煤中水汾的蒸发可带走一些热量，该过程产热量晨16.8～75.6J/g间变化。若煤氧化进行到这个阶段，想使其不自燃是非常困难的。

（3）煤氧复合物生成阶段。该阶段生成一种稳定的化合物，即煤氧复合物。其反应温度范围为150～230℃。产生的热量25.2～003.4J/g。这个阶段煤重又有所增加，煤氧化进行到这个阶段必然发生自燃。

（4）燃烧初始阶段。这是煤氧复合物生成阶段到煤快速燃烧阶段的过渡时期，煤温达230℃时，煤氧化可进行到个阶段。此时煤的反应热为42～243.6J/g。这些热量使煤迅速上升促进了煤的快速燃烧。

（5）快速燃烧阶段。这是煤自热的最后阶段，它描述了煤的实际燃烧过程。依氧气供应充足与否，这个阶段可能发生干馏、不完全燃烧或安全燃烧。如果燃烧充分，其反应热等于煤的发热值。 {HotTag}

2 煤的自热影响因素

2.1 煤质

煤质本身对煤自热敏感性有显著的影响。

（1）煤的品级。煤的品级表明了煤的变质程度，常用挥发分含量和含煤量表示。品级低的纯煤自热热敏感性高，而且，随着煤的品能升高其自热敏感性下降。因而，干燥褐煤最易自热而无烟煤几乎不自热。但含有大最水分的褐煤较纯褐煤不易自燃。

（2）煤的水分含量。煤中水分的含量对煤的自燃性有很大影响。水分含量达饱和的煤，特别是在水分含量高的褐煤和次烟煤被开采和干燥前，煤体不再吸附水分，因而不能放出润湿热。煤氧化放出的热量通常使内在水分温度升高。另一方面，自热时的化学反应需要有少量的水分参加。低口级煤水分含量远远大于化学反应的需要量。因而，对低品级煤来说，水分实际上是煤自热的阻化剂。

（3）矿物质。煤中的矿物成分也叫灰分。它可与氧反应放热增加煤温，而且使煤分解以增加煤与空气接触的表面积，如黄铁矿，它可以吸收氧化反应放出的部分热量降低煤的氧化反应进程；煤的高灰分使单位质量的氧化热降低。

2.2 开采和贮运的环境因素

环境因素对煤自热的影响为：可使煤的水分含量发生变化；改变煤氧接触条件：使生产成的热量扩散。可分为：

（1）地质因素。断层和裂隙有利于空气和水分与煤接触。因而散热没有明显增加，却增加了煤发生氧化的机会和水的吸附。也就是说断层和裂隙增加了煤自燃的危险性。埋藏深的煤层地面漏风较少。采空区遗煤（特别对于厚煤层）因不能完全回采而增中了煤的自燃危险性。

（2）开采因素。开采因素对煤自燃的影响主要有2个方面，即通风和煤破碎，没有通风或通风充分的地方，煤自燃的可能性较低。而通风不充分地方煤自燃的可能性较大。裂隙漏风是不充分漏分，它创造了煤进一步氧化的条件，而散热条件并未被改善。所以，任何漏风对煤炭自燃来说都是很危险的。

（3）贮运因素。在贮存和运输过程中，影响煤自燃的因素要为通风不充分和干燥的低品级煤因雨淋和喷洒水产生润湿热。

3 煤炭自燃的综合防治措施

3.1煤层自燃的预测预报

（1）鉴于煤在低温氧化阶段产生CO，因此，CO是早期揭露火灾的敏感指标。在矿井的采煤工作面回风道、综掘煤巷等有自然发火的地点设置CO传感器，若发现CO浓度超限，便可采用便携式CO检测仪追踪监测确定高温点。

（2）采用红外探测法判断高温点的位置，红外探测法其基本原理是，根据红外辐射场的理论，建立火源与火源温度场的对应关系，从而推断出火源点的位置。

（3）用钻孔测温辅助监测。对顶煤破碎或有自燃危险的地点，埋设测温探头，定期监测温度变化情况。

（4）加强漏风检测。定期采用示踪气体法，检查顺槽漏风量。对漏风集中的区域加强观测。

3.2 预防措施

（1）均压通风控制漏风供氧。均压通风是控制煤层开采中采空区等漏风的有效措施。首先，要在保证冲淡CH4，风速，气温和人均风量的要求下，全面施行区域性均压通风，其调压措施包括单项调压和多项措施联合调压，具体实施中的形成的工作面均压逐步扩大到邻近工作面采空区的区域性均压。

（2）喷浆堵漏钻孔灌浆。对煤层开采中的可疑地点或已出现隐患地点进行全封闭喷浆和打浅密集钻孔注浆，是防止自然发火的2个有效措施。

（3）注凝胶防灭火。采用注凝胶技术处理高温点或自然发火是煤层开采中防灭火的重点措施，其方法是将凝胶注入高温点或火点的周围煤体中，其作用是既可以封堵漏风通道，又可以吸热降温。

火力发电厂需要大量储煤，以确保正常生产的需要。但煤通过长期的堆积和时间磨合，会慢慢的产生氧化反应而发热，这样就导致煤的温度逐渐升高，并且自然起火。不仅造成一定经济损失，而且也容易引起火灾。如何有效的防止火灾发生、保证贮煤安全，对企业安全生产和经济运营至关重要。

1、煤自燃的原因

通过长期的堆积和时间磨合，会慢慢的产生氧化反应而发热，这样就导致煤的温度逐渐升高，最终煤就会自然起火。而这就是煤自燃的原因和过程。同时煤的自燃起火与其他的燃烧有着很大的不同，这就是因为它的温度是呈缓慢上升的状态，同时在按照煤的堆积—低温的氧化发热—放热—内部的干燥—温度的急剧上升—自燃起火这些过程而进行的。

煤自燃的因素很多，主要与煤的物理化学性质、堆积状态、环境因素等几个方面有关。 

（1）化学成份的影响

煤自身中包含有硫份物质，尤其硫在一定的温度下，就会产生化学反应，并发生变化，从而生成氧化硫，其中氧化硫物质一旦遇到水就会生成稀硫酸，这个反应的过程就是放热过程，通过该反应过程就可以很好的提高煤堆温度现象。 

（2）氧气的影响

在各种光、热、雨水等自然力的作用下，煤炭表面与大气中的氧气接触后发生氧化分解与碎裂，并放出热量，同时形成新的表面，新表面又再次氧化，如此反复循环，导致煤堆温（3）水分影响

煤堆中一定量的水分促使煤中的各种反应的进行，如硫份的酸化，产生的热量又加快了氧化反应过程，加剧了煤的自燃。 

（4）气温气压的影响

经验表明，煤堆的自燃经常发生在秋后大气温度下降时，此季节大气密度比煤堆的空气密度大，因此，渗入煤堆的空气量增大，导致自燃加剧。一般来说，大气温度降低，密度变大，渗入煤堆内的新鲜空气量增加，煤堆的自燃加快，反之亦然。

2、防止煤场自燃措施

为了减少或防止煤场自燃，可采用的预防措施：

（1）分层压实组堆。对易受氧化的煤如褐煤、长焰煤，组堆时最好分层压实，至少也得将表层压实，有条件时还可以在煤堆表面披上一层覆盖物。实践证明，这是一种很有效且又经济的根本措施。

（2）建立定期检温制度。对贮量大、存期长的煤堆特别是变质程度低的煤，需每天检测一次煤堆温度，对其他类别的煤可适当延长检温时间，并做好详细记录。

（3）及时消除自燃“祸源”。在检温过程中，一旦发现煤堆温度达到60度的极限温度，或煤堆每昼夜平均温度连续增加高于2度时，就立即消除“祸源”，消除自燃“祸源”的方法是将“祸源”区域内的煤挖出来暴露在空气中散热降温。不要往“祸源”区域煤中加水，这样会加速煤的氧化和自燃。

3、煤场灭火措施

发生自燃的煤炭，尤其是高硫煤或煤层较厚的区域，用水浇方式处理收效并不明显。浇水后的煤若不及时取用，水到之处即成富氧区，同时易导致煤炭颗粒归集下沉，形成更大的氧化空间，使自燃区域扩大。另外明火炙碳遇水有爆裂伤人的风险。这就需要专业的煤碳防灭火技术。普瑞特防灭火技术是一种有效的煤场灭火技术措施，该技术有徐州吉安矿业科技有限公司联合中国矿业大学研发。

技术特点：

（1）集凝胶、黄泥灌浆、两相或三相泡沫、惰性气体和阻化剂的防灭火优点于一体，能把泡沫中的水固结在凝胶体内，避免了黄泥灌浆和其它泡沫大量水流失或者溃浆的缺点；

（2）在采空区具有良好的扩散性能，生成的普瑞特以泡沫为载体能够对采空区或煤田火区的高、中、低位火源进行大范围、全方位的覆盖，持久保持煤体湿润冷却，隔绝氧气，且添加剂中含有的阻化剂能长久对煤体阻化，彻底防治煤炭自燃；

（3）普瑞特被注入火区后，会在火区全方位覆盖一层凝胶层，并且凝胶层中95%以上都是水，具有长久的吸热降温作用，能够有效防止火区复燃；

（4）普瑞特以泡沫为载体，在防灭火区域内能向高处堆积，所到之处普瑞特都能有效覆盖并黏附浮煤裂隙，具有良好的封堵漏风通道的性能；

（5）泡沫中的氮气缓慢释放，避免单独注氮时氮气容易流失的缺点，持久保持火区惰化。

结语

储煤场的安全管理主要是以预防为主，灭火为辅为原则，健全相应的管理制度，措施得力，就能有效的抑止自燃现象的发生。

提示：

关于煤炭自燃的原因，有多种学说解释，普遍认可的是煤氧复合作用学说，其主要观点是：煤在常温下吸收空气中的氧气，产生低温氧化，释放热量和初级氧化产物，由于散热不良，热量积聚，温度上升，加速了低温氧化作用进程，最终导致自然发火。 煤炭自燃必须同时具备以下条件：(1)煤炭具有自燃的倾向性，并呈破碎状态堆积存在

关于煤炭自燃的原因，有多种学说解释，普遍认可的是煤氧复合作用学说，其主要观点是：煤在常温下吸收空气中的氧气，产生低温氧化，释放热量和初级氧化产物，由于散热不良，热量积聚，温度上升，加速了低温氧化作用进程，最终导致自然发火。

煤炭自燃必须同时具备以下条件：

(1)煤炭具有自燃的倾向性，并呈破碎状态堆积存在。

(2)连续的通风供氧维持煤的氧化过程不断地发展。

(3)煤氧化生成的热量能大量蓄积，难以及时散失。

(4)以上两三个条件同时存在且时间大于煤炭的自然发火期。