商品煤测定煤自燃倾向性时需要注意的问题及预防自燃的建议

摘要：煤的自燃是一种非常严重的自然灾害，严重影响了煤炭的生产，造成了重大的经济和资源的损失，甚至能引起火灾、瓦斯及煤尘爆炸等重大生产事故，从而造成人员伤亡。近几年，煤炭在运输过程中自燃事故频发，给铁路、公路运输部门造成了重大的经济损失，因此，对煤炭自燃倾向性的检测也越来越受到重视，本文通过原因分析，对商品煤测定煤自燃倾向性中需要注意的问题进行了阐述。

关键词：煤的自燃倾向性 商品煤 原因分析 建议

【分类号】：TD327.3

1. 前言

煤的自燃是一种非常严重的自然灾害，主要发生在矿井、堆场及运输过程中，严重影响了煤炭的生产，造成了重大的经济和资源的损失，甚至能引起火灾、瓦斯及煤尘爆炸等重大生产事故，从而造成人员伤亡。

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]。

近几年，煤炭在运输过程中自燃试过频发，给铁路、公路运输部门造成了重大的经济损失，因此，对煤炭自燃倾向性的检测也越来越受到重视，本文通过原因分析，对商品煤测定煤自燃倾向性中需要注意的问题进行了阐述。

2. 自燃倾向性的测定过程

2.1 采样[2]

采样过程严格按照GB475-2008《商品煤样人工采取方法》执行，采样前需根据场地制定合理的采样方案，采样场地必须干净，避免样品收到外来杂物的污染，保证煤样的均匀性和代表性。

2.2 制样

煤样的制备按照GB/T474-2008《煤样的制备方法》执行，制样应在专门的制样室中进行，制样中应避免样品污染，每次制样后应将制样设备清扫干净，对不易清扫的密封式破碎机和联合破碎缩分机，处理每个煤样之前，可用被采样的煤通过机器予以“冲洗”，弃去“冲洗”煤后再处理煤样。处理完之后，应反复开、停机器几次，以排净滞留煤样。[3]做自燃倾向性的煤样的试验样品要求将100～150g煤样破碎至0.15mm以下，并要求0.10mm～0.15mm的粒度占70%以上。[4]由于不同的煤样可磨性不一样，要达到0.10mm～0.15mm的粒度占70%以上难度较大，因此，在制样过程中一定掌握打磨时间，以确保样品力度达到试验要求，否则，样品粒度过小，吸氧量将偏大，粒度过大，吸氧量将偏小。

2.3 测定

测定方法严格按照GB/T20104-2006执行，对于处于分界线的检测样品而言，处于安全因素的考虑，一般采用就高不就低的原则，即取测定结果较高的值，尤其是吸氧量处于分界点的样品。

将100～150g煤样破碎至0.15mm以下，并要求0.10mm～0.15mm的粒度占70%以上，称取1.0000g制备好的煤样装入样品管，调整氮气流量为（30±0.5）cm3/min，在柱箱温度为105℃的条件下处理1.5h。

待样品处理好后，设定柱箱温度为30℃，热导池温度为80℃，氧气流量为（20±0.5）cm3/min，氮气流量为（30±0.5）cm3/min的条件下，测定煤对氧气的吸附量[4]。

2.4 结果表示[4]

煤的自燃倾向性分类指标：

表1 煤样干燥无灰基挥发分Vdaf>18%时的自燃倾向性分类

自燃倾向性等级 自燃倾向性 煤的吸氧量Vd/（cm3/g）

Ⅰ类 容易自燃 Vd>0.70

Ⅱ类 自 燃 0.70≥Vd>0.40

Ⅲ类 不易自燃 Vd≤0.40

表2 煤样干燥无灰基挥发分Vdaf≤18%时的自燃倾向性分类

自燃倾向性等级 自燃倾向性 煤的吸氧量Vd/（cm3/g） 全硫St，d（%）

Ⅰ类 容易自燃 Vd≥1.00 ≥2.00

Ⅱ类 自 燃 Vd

Ⅲ类 不易自燃 /

3. 影响自燃倾向性结果的原因分析

3.1 水分的影响

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，大大增加了煤氧反应的有效比表面积，氧气更容易达到煤的中微孔内，同时，煤中含有部分黄铁矿，亦能加速煤的自燃，冷凝时就将这些热传给煤粉，当热量聚集到一定量后，煤堆就会出现自燃现象。[5]理论上讲，含水量增加1%将使煤温上升17℃。适度的水可以抑制自燃，但当煤堆已经出现冒烟现象，则杜绝用水来冷却，这是因为冷却水很难将全部的煤浸透而只是让部份温度上升而已。

3.2 挥发分的影响

挥发分是判定煤种的主要指标，挥发分越低，变质程度越高，挥发分越高，变质程度越低。通过试验测定，不同煤种具有不同的吸氧量，但根据煤的变质程度的不同而呈U形状，即变质程度高的无烟煤和变质程度低的褐煤、长焰煤吸氧量最大，中等变质程度的烟煤吸氧量较低。[6]

3.3 粒度的影响

煤样粒度与自燃成反比的关系，颗粒越小其表面积越大，与空气的接触越充分，吸附氧气越多，更容易产生自热引发自燃现象。

3.4 吸附时间及吸附温度的影响[6]

吸附时间对煤吸氧量的测定较小，一般在很短的时间内就能达到物理吸附平衡，吸附温度对煤吸氧量的影响主要表现在100℃下主要为物理吸附，其吸附量随温度的升高而降低；在100～300℃之间由于开始发生化学吸附，但吸附并未达到平衡，故其吸附量随温度升高而增加，在大于300℃后，化学吸附达到了平衡，吸附量又重新开始下降，该结果也符合实际情况，试验表明，物理吸附和化学吸附在同一系统内可以相继发生。

4. 预防自燃的意见建议

4.1 水分的影响比较大，不论是在煤场还是在运行列车上，首先要做好防水、防雨、防潮工作，尽量保证煤样的干燥性。但是，一旦发现冒烟现象，绝对禁止向煤堆喷水降温，以免引起更大的火灾；

4.2 商品煤在储存过程中，在场地允许的情况小，尽量减小煤的堆积高度，由原来的大堆煤改为小堆煤堆放；

4.3 加强煤堆内部温度定期检测，发现煤堆内部温度有升高趋势后，应及早采取有效措施，妥善进行降温处理。

参考文献：

[1]张国枢等编著，煤炭自燃理论与防治实践[M]. 北京：煤炭工业出版社，2002.

[2] GB475-2008，商品煤样人工采取方法[S]

[3] GB/T 474-2008，煤样的制备方法[S]

[4] GB/T 20104-2006，煤自燃倾向性色谱吸氧鉴定法[S]

[5]王光友，吴国光，张永建，徐红枫.煤堆自燃影响因素及防治[J].能源技术与管理，2008（1）.

[6]肖华，魏志全. 吸氧法测定煤自燃倾向性中氧气吸附特性研究[J]. 煤质技术，2013（1）.

作者简介：

肖华（1981―），男，甘肃古浪人，工程师，国家注册安全工程师，现甘肃煤田地质研究所从事煤质分析及生产管理工作。