浅析煤炭自燃因素及预防措施

摘 要：煤炭是古代植物埋藏在地下经历了复杂的生物化学和物理化学变化逐渐形成的固体可燃性矿物。它是人们生产生活必备资源，煤炭的开发和存有量是促进国家工业发展的重要因素，它被人们称为黑色的金子。不过煤炭作为一种活跃物质，具有可燃性，在储存和供应上如果管理不当就会发生自燃问题，造成难以预料的后果，因此必须加强煤炭的管理，分析煤炭自燃的因素，并提出相对的解决策略。基于此背景，笔者对煤炭自燃因素及预防措施进行了分析，希望能为相关工作人员提供理论基础，为我国现代化能源管理的发展贡献绵薄之力。

关键词：煤炭；自燃因素；预防措施

煤炭资源是十八世纪后人类世界主要的能源之一，虽然进入新世纪后煤炭资源的价值有所下降，但仍然是人们生产生活的必备能源，它是工业发展的粮食。煤炭的自燃问题是全世界研究的课题，我国地大物博、疆土广阔拥有的煤炭资源比较丰富，然而每年因为煤炭自燃造成的损失约达2亿吨，因此煤炭自燃的解决刻不容缓。煤炭自燃既对人员安全带来威胁，也白白浪费了资源，国家已经将大煤自燃灾害列为中国二十一世纪议程。

1 煤炭简析

煤炭是全球范围内分布最广且蕴含量最丰富的化石燃料，它的构成元素比较复杂，其中最主要的物质有碳、氢、氧和硫，这几种元素大约占煤炭资源构成的百分之九十五左右。煤炭的构成因素多为有机质，这种物质在一定的温度和环境下，经过受热分解就会产生可燃性气体。煤自燃本身是一个物理化学过程，煤炭中的碳氢氧都是极易发生反应的复制，当他们出现氧化放热反应煤炭与氧气接触后形成物理化学吸附热，煤炭的温度会逐渐上升，从而引发深度的氧化反应，这时煤炭就会释放更多的热能量，热能量达到一定临界点就会发生自燃。

2 煤炭自燃的基本条件

引起煤炭自燃问题的元素很多，本文选取四种最常见的因素：

2.1 氧气浓度

煤炭中的物质基本都能发生氧化反应，当他们与氧气接触后，煤炭就会出现吸附性然后发生煤炭化化学反应，在反应过程中生成热，提高煤炭的温度。当接触的氧气越来越多，煤炭的温度也随之升高，它的热能逐渐积累到临界点，最终造成煤炭自燃。

2.2 热量积聚

热量积聚与氧化反应、封闭环境和风有关，首先煤炭与氧气接触，发生氧化，然后释放热能量，当热能量积累到一定程度就会达到热能的临界水平，而热能的储存环境如果在半封闭或封闭状态比较好的情况下，就足够与氧释放热量，这些不散的热量就会造成煤自燃问题。而如果封闭环境中有风流，并且风流达到一定程度，煤氧化所释放的热能就会被风流带走，这种风流被称为上线漏风强度。

2.3 煤层厚度

煤炭储藏的煤层越厚，煤炭发生自燃的可能性就越大。首先煤氧化产生的热量会不断扩散，它的热量不是一成不变的，当热量向煤炭四周放射性扩散，它的热能会被部分风流带走。随着煤层厚度的增加煤炭复合产生更多的热量，而被风流分散的热量四处聚集，致使整片煤炭的温度升高。

2.4 时间积累

煤炭自燃不是简单就会发生的，它需要一定时间的积累，通过上述分析我们知道，煤炭发生氧化反应后热量不断积聚才会造成自燃。一般这个聚集的过程分为三个层次，首先是准备期，煤炭的准备期在于低溫氧化期，煤炭是易燃物质，不过从它与煤炭接触发生氧化反应到产生热量是需要时间的，它的热量积累速度比较慢，并且释放反应的热量也是有限的。当煤炭的热量积累到一定程度就进入了自热期，它本身贮存的热量已经比较高，这时煤炭再与氧气接触会发生更进一步的深度氧化反应，这时反应速度变快，煤体温度越来越高。

3 煤炭自燃的预防方法

就目前的技术手段和勘探能力来看，还没有一个十全十美的预防方法，不过经过多方面实践论证也提出了不少改良策略。开采煤矿时应该注意挖掘开发的技术手段，目光要长远，提高开采的回踩率。笔者结合国内外的处理方法，认为目前大约有以下三种预防方式：

3.1 注浆方法

注浆方法源自西方国家，他们在煤炭开采过程中选取适当的泥沙和水兑成比例调制泥浆，然后将这些泥浆通过管道或钻孔注入未开采的采空区或封闭性不好的漏风区，这时国内外最常用的预防方法，通过泥浆与煤炭的接触，遏制氧化反应，并帮助散热。该方法操作简单，效果良好，有隔热、散热、降温的作用，能有效缓解煤炭的自燃问题。

3.2 喷洒阻化剂

为了阻止煤炭自燃，科研团队研制了阻化剂，阻化剂中一般含有不少成分的氯化钙和氯化镁，这种物质与煤炭接触后会在煤炭表层形成一道屏障，降低煤炭与氧气接触反应的情况，以此达到遏制自燃的问题。

3.3 注射惰性气体

上述中分析煤炭自燃的原因，最大的问题就是它与氧气发生反应产生热能量。惰性气体的反应情况差，不支持燃烧，将研制的惰性气体注射到煤层中能抑制煤炭的自燃现象。目前最常用的就是将氮气注入采空区，这样能提高煤层中的气体压力，降低风流反而漏风问题，从而改善煤层中煤炭的浓度，达到缓解自燃的目的。

煤炭的价值是毋庸置疑的，它在未来很长一段时间仍然是人们不可获取的资源，因此加强管理、提高技术手段预防煤炭自燃仍是国家应该解决的问题。煤炭自燃是复杂的，只有追根溯源，分析其自燃因素才能对症下药。煤炭的自燃需要时间和条件，只要对这些条件进行干扰，就能起到缓解自燃问题的作用。尽管目前在这方面我们还有很多难点需要探索，但是笔者相信经过科学家的研发实践，未来煤炭自燃问题会得到有效解决。

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