解析煤自燃的原理

空气对煤氧化的最初阶段的特征是氧在煤表面上物理吸附和化学吸附，在物理吸附时能放出与气体凝聚热相当的热量（即物理吸附热），空气中的氧分子与煤表面通过化学作用而形成的吸附。其吸附时放出的热量相当于化学反应执，比物理吸附热大的多。化学吸附是不可逆的。

氧气在煤表面发生化学吸附，并随之形成酸性官能团，如酚-OH，-COOH和CO。如有水存在或因煤的氧化除氢反应（即-CH2→CO-+H2O)而产生水，则同时还会有过氧化物、配合物等形式。后者浓度积累到一定值，且又达到一定温度时，氧化作用将自动加速，如果连锁反应不断进行，放出的热量不能及时排出，一旦达到煤的着火点温度就会引起自燃。

扩展资料：

煤氧复合作用假说认为煤自燃的主要原因是煤与氧气之间的物理、化学复合作用的结果，其复合作用是指包括煤对氧的物理吸附、化学吸附和化学反应产生的热量导致煤的自燃。该假说已在实验室的实验及现场的实践中得到不同程度的证实，因此得到了国内外的广泛认可。

早在1848至1870年间，人们便开始研究煤对氧的吸附作用，并认为煤对氧的吸附作用是煤自燃的一个重要因素。1870年瑞克特（Rachtan·H）研究得出，煤在一昼夜吸氧随煤种不同可达0.1～0.5ml/g；1945年琼斯（Jones E·R）提出，正常温度下烟煤的吸氧能力可达0.4ml/g。

在十九世纪末，霍尔丹（Haldanehe）和米切曼（Meachem）对煤矿井下实际发生的200多次自燃火灾进行了统计分析，并在实验中第一次观测到了煤自燃过程中出现的一氧化碳及其它氧化产物，佐证了煤氧作用的假说。

参考资料：百度百科—煤自燃

（1）煤具有自燃倾向性且呈破碎状态堆积

煤的自燃倾向性就是煤发生自燃的能力。不同的煤自燃倾向性不同，比如褐煤自燃倾向性通常比烟煤、无烟煤大，因此比较容易发生自燃。我国《煤矿安全规程》规定，煤的自燃倾向性分为容易自燃、自燃和不易自燃三类。新建矿井的所有煤层的自燃倾向性必须送国家授权单位作出鉴定。此外，完整的煤层和大块堆积的煤很难发生自燃现象。只有自燃能力强的煤破碎后且堆积到一定厚度时，煤才可能发生自燃。

（2）有连续的通风供氧条件

氧气的存在是煤发生自燃的必要条件，只有含氧量较高的风流持续稳定的情况下，煤自燃过程才能够持续并最终可能造成自燃。煤矿经常采用的注浆防灭火措施主要作用之一就是隔绝氧气。

（3）热量易于积聚

煤在氧化过程中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。而煤氧化产生的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地发展，同样不能发生自燃；一般认为风速为0.1～0.24米/分钟时，煤最容易发生自燃。

（4）持续一定的时间

煤自燃是煤氧化过程持续一定时间之后的结果。低温阶段煤氧化过程进展缓慢，放出的热量也相对较少，且其中绝大部分热量散失掉了，只有很少一部份热量促使煤体温度缓慢地升高。从火源处的煤层被开采破碎、接触空气之日起，至出现自燃所经历的时间叫煤层的自然发火期，以月或天为单位。影响煤自然发火期的因素有很多，比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（分散度）、裂隙或空隙度、通风供氧、蓄热和散热等，因而实现其准确测定难度较大，现场记录该值一般为十几天、几个月甚至长达十几个月。

煤发生自燃上述四个条件缺一不可，前三个条件是煤自燃的必要条件，最后一个条件是充分条件。在煤矿井下哪些地点可能同时满足上述条件？煤自燃发生地点的规律和特点为预测预报工作提供了较好的依据，现场人员可以对相关地点进行针对性的监控，防患于未然。综合煤自然发火的条件和现场经验，煤矿井下的易自燃地点一般有：采空区，停采线和开切眼，进、回风巷道，构造带以及通风设施附近。此外，溜煤眼以及瓦斯抽放孔等处也是极易发生煤自燃的地方，应该将这些区域作为煤自燃预测预报的重点区域，进行实时监控并及时采取相应的防治措施，避免煤自燃灾害的发生。

①具有低温氧化性，即有自燃倾向的煤以破碎状态存在

②有大于12%氧含量的空气通过这些碎煤

③空气流动速度适中，使破裂煤体有积聚氧化热的环境。

在上述3个条件同时具备的状态下，持续一定的时间，使煤体可以达到着火温度，产生自燃。

煤的自燃发展，一般要经过三个时期，即准备时期，又称潜伏期自热期最后进入燃烧期。

1.潜伏时期。煤自燃的潜伏时期即煤的低温氧化过程，潜伏时期即准备阶段的长短取决于煤的变质程度和外部条件，如褐煤几乎没有准备时期，而烟煤则需要一个相当长的准备时期。

2.自热期。经过潜伏期，煤的氧化速度增加，不稳定的氧化物先后分解成水、二氧化碳和一氧化碳。氧化产生的热量使煤的温度上升，当温度超过临界温度T=60～80℃时，煤的温度急剧增加，氧化加剧，煤开始出现矸馏，生成碳氢化合物、氢气、一氧化碳、二氧化碳等火灾气体，煤呈赤热状态，当到达着火温度以上时便燃着。这一阶段就是煤的自热阶段，又称煤的自热期。

3.燃烧期。这一时期是煤从低温氧化发展成自燃的最后的一个阶段。主要特征是：空气中氧含量显著减少，二氧化碳的数量倍增，同时由于燃烧不完全和二氧化碳的分解，而产生较多的一氧化碳，巷道中出现浓烈的火灾气味和烟雾，有时还出现明火，火源温度达到1000℃左右。

煤炭自燃的条件是煤有自燃倾向性，且以破碎状态存在；有连续供氧条件；有积聚氧化热的环境。煤炭自燃简称煤自燃，是一个复杂的物理化学过程。煤炭自燃是自然界存在的一种客观现象，已经存在了数百万年，它是矿井火灾控制管理中的一个重要方面。从化学中可知，自燃是物质在空气中发生氧化作用而自动发生燃烧的现象，而燃烧则是物质剧烈氧化而发光、发热的一种化学现象，由此可知，煤炭自燃是煤长期与空气中的氧接触，发生物理、化学作用的结果。

为了防止煤炭"自燃"，最有效的方法是尽量减少煤与空气的接触，例如把煤堆实，或在煤堆表面洒上一层覆盖粉。并定期检测煤堆的温度，一旦发现温度接近60℃，则及时做散热处理，例如把高温区域内的煤挖出来迅速散热等。注意，千万不能在高温区加水，这样反而会加速煤的氧化和自燃。

煤炭开始接触氧气到自燃，所经历的时间对不同的煤种是不一样的。人们把煤炭接触氧气到自燃的时间叫做发火期。我国煤层发火期最短的为1.5～3个月，长者可达15个月以上。

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。

实践证明，具有同样自燃倾向性的煤层，在不同的生产技术条件下，有的煤能自燃,有的则不能；在同样的外部条件下，自燃倾向性也不一样。这是因为煤炭自燃过程受着许多因素影响的缘故。其影响的主要因素是：（1）煤的化学成分；（2）煤的物理性质；（3）煤层的地质条件；（4）开拓开采条件；（5）矿井通风条件。

(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