煤炭自燃原理分析——煤堆测温系统

自燃，顾名思义就是自发燃烧，煤自燃就是煤不经点燃而自行着火的现象。直到目前为止，人们对煤的自燃做出了很多研究，先后提出了黄铁矿导因说、细菌导因说、酚基导因说、煤氧复合学说、自由基作用学说、氢原子作用学说、电化学作用学说、基团作用理论等多种煤自燃理论。但是由于煤的结构复杂，对煤自燃的原因、机理和反应历程仍然没有研究透彻。目前被人们广泛接受的煤氧复合理论认为，煤自燃的主要原因是低温下煤与空气中的氧相互作用，导致煤缓慢氧化并释放热量，当煤所积聚的热量无法向四周扩散时，或者热量保存在煤堆中时，热量逐渐积累使煤温不断上升至着火点，终引发自燃。煤炭之所以会燃烧，是因为煤炭存在内在的自燃性，也就是关于煤炭自燃难易程度的本质属性。

煤是否容易自燃存在根本因素，那就是是煤大分子结构的化学活性。一般认为，煤的芳香结构的聚合度越高，它的化学稳定性也越高，对氧化的抵抗力也越大，自燃的倾向性也越小。其中，煤和空气接触发生氧化反应是煤自燃的根本原因，水分和硫分等其他因素均为促使煤堆自燃发火的诱因。

近年来，储煤筒仓中煤炭自燃引起的火灾事故严重威胁着工作人员的生命安全，筒仓爆炸、烧毁设备等一系列不安全的事故使人们的生产、生活不能正常继续。为此，关注煤的自燃问题也成为了煤炭行业的紧急要务。煤中含有的C、H等元素在常温下就可以发生反应，生成可燃物CO、CH4 及其他烷烃类物质。煤的氧化属于放热反应，若筒仓内的热量不能及时被释放掉，将会导致堆煤的温度升高，反过来就会加速煤的氧化，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。另外堆煤发生自燃要同时具备以下四个条件。

1）自燃倾向性  自燃倾向性是煤的一种自然属性，反映了煤的变质程度，水分、灰分、含硫量、粒度、孔隙度、导热性是煤自燃的基本条件。煤在常温下的氧化能力主要取决于挥发分的含量，挥发分含量越高，自燃倾向性越强，而且自燃时间也会相应缩短。

2）供氧条件  氧气的存在是煤发生自燃的必然条件，堆煤表面暴露于空气中，与空气充分接触，空气通过煤块之间的空隙渗透到煤堆内部，给煤堆内部的氧化创造了条件。煤的块度越大，煤块之间的间隙越大，其供氧条件越好。

3）氧化时间  煤从氧化发展到自燃有一个过程，低温阶段煤氧化过程进展缓慢，放出的热量也相对较少，而且散失掉大部分热量，只有少部分热量促使煤温缓慢升高，氧化时间达到自燃发火期才能自燃。煤炭从开始接触氧气到自燃，不同的煤种所经历的时间不一样，人们把煤炭接触氧气到自燃的时间叫做自燃发火期。影响自燃发火期的因素有很多，如煤的内部结构和物理化学性质、被开采破坏后的堆积状态参数、裂隙或空隙度等。

4）储热条件  煤在氧化的过程中放出热量，如果环境不利于热量积聚，煤体就不会产生明显的升温而发生自燃。而热量能否积聚主要取决于风流速度。风速过小，供氧量不足，煤不易氧化自燃；风速过大，热量不易积聚，煤氧化升温过程难以持续稳定的发展，也不能发生自燃。只有当放出的热量大于散发掉的热量时，才能使热量聚积，温度上升。

煤要发生自燃上述四个条件缺一不可。此外，根据煤堆放的位置以及以往发生自燃的实际情况分析，煤堆发生自燃的部位既不在煤堆的表面，也不在煤堆深部，而是在表层以下的1~4m左右。煤在自然堆积的状况下，可分为3层，见下图：

煤堆自然分布剖面图

1——冷却层：煤堆的表层，约0.5~1.5m厚，该层煤较松散，有空气接触充分，虽发生氧化反应，但散热条件好，所以不会发生自燃。

2——氧化层：该层位于冷却层以下，厚度在1~4m左右，具备自燃的所有条件，达到自燃发火期即会自燃。

3——窒息层：该层位于氧化层以下，煤层相对压实，供氧不充分，且含水率较高，氧化程度较低，不易发生自燃。

煤在自然堆放时，一般中心部位处颗粒较细，越往四周颗粒越粗，相应的，从中心往四周，空隙越来越大，通风散热条件越来越好，冷却层和氧化层越来越厚。自燃一般发生在氧化层。同时伴随着温度升高、冒热气、冒烟等现象。当发现煤堆上某处释放热气或冒烟，那么自热或自燃点一定在该部位垂直向下的氧化层内，因为受煤的自热或自燃的热压作用，气体流动方向为垂直向上方向。一旦某个部位发生了自燃，也会改变其上部冷却层的受热条件，使冷却层也自燃。

 总之，影响煤自燃的因素还有很多，煤炭的自燃给人们的生产生活带来了很多危害，像是给露天矿带来了边坡稳定问题，增加了日常边坡管理的难度；给储煤筒仓的运行带来了不安全的因素；煤自燃所产生的大量有毒、有害气体很难排除，使现场工作人员的身体受到伤害，而且还污染了环境。防治煤炭自燃是一项长期艰巨的任务，只有研发出先进的储煤筒仓监测监控设备，才能更好地监测煤炭的自燃，才能更好地防止煤炭危险事故的发生。