塔山特厚易自燃煤层影响因素分析

苏娟

（同煤集团技师学院，山西大同 037003）

塔山特厚易自燃煤层影响因素分析

苏娟

（同煤集团技师学院，山西大同 037003）

煤自燃产生的危害是长久以来伴随煤矿生产的重大隐患，特厚煤层开采尤为突出，以塔山矿为例分析煤自燃机理与影响因素，控制灾害的发生，具有现实意义。

特厚煤层；自燃；分子结构

煤自燃是自然界存在的一种客观现象。随着近年来特厚煤层放顶煤开采技术日渐成熟，煤自燃这一现象在特厚煤层开采中尤为显现。塔山矿C3-5号层煤，平均煤厚达到12 m，使用ZF15000架型开采，具有自燃倾向性。而塔山矿平均工作面走向长度均达到2 000 m，开采时间长，容易引起煤层自燃，造成不安全生产，因此深入研究易自燃特厚煤层自燃影响因素，了解特厚煤层自燃的规律，在此基础上制订相应的自燃防治措施，显得十分重要。

1 特厚煤层自燃机理

煤炭的自燃[1]是经过某些物理、化学反应交互作用的过程。煤氧复合作用作为主流观点得到了认可，图1是煤自燃过程温度随时间变化关系曲线图。

查阅相关文献得出无论煤层厚度的多少，煤自燃过程大致都可分为三个阶段：潜伏期（准备期）、自热期、燃烧期；潜伏期的发生以煤氧之间的物理吸附为主，影响潜伏期快慢的内因有煤的物理结构、化学性质、煤颗粒粒度，外因包括堆积或堆垒状态和风量；自热期的发生以煤氧化之间的化学反应为主，表现为反应加快、热量累计、温度缓慢升高；燃烧期的发生与否主要以通风条件为主，适合的氧气供给为燃烧提供了条件。

2 特厚煤层自燃影响因素分析

1）煤质。煤的碳化程度和挥发分作为主要因素影响煤的自燃。碳化程度越低，含碳量越少，挥发份越大者，自燃性就越高。反之就越高。塔山矿属于石炭二叠纪煤层，煤质不如侏罗系煤层，碳化程度较低，挥发份大，故易于自燃。究其深层次原因为碳化程度低的煤较碳化程度高的煤氧化反应热量更多。

2）分子结构。煤是由不同的官能团和多种化学键结合的大分子物质，究其自燃的本质原因是与煤的分子结构分不开的，研究表明煤自燃是否会发生与煤表面含氧官能团的数量和种类，以及煤的分子结构密切相关，含氧官能团增加，孔隙度变大，分子结构变得松散，越易自燃[2]。而且煤中的次甲基醚键、α位碳原子带羟基和带支链亚甲基的次烷基键、与两个芳环相连的次甲基键等均为自燃的活性结构。

3）水分。塔山特厚煤层开采，一般会预先给煤层注水，一来为了弱化煤的力学性质，增加顶煤回收率，二来为了抑制煤层瓦斯的涌出和粉尘。却忽略了水分对于煤自燃的影响，有关研究表明，煤中水分在一定范围内一方面可以起到加速氧化的作用，另一方面会起到阻化的作用。沾水后又重新干燥的煤较干燥的煤活化能增强，更易自燃。甚至有研究认为在潜伏期内引起温度上升不是放热而是由水分引起的。

4）硫分。具有强烈的氧化还原性质，易于发生化学反应生成热量，可作为煤自燃的催化剂，提高煤的自燃氧化速率，而含硫量超过3%时，无论何种煤质，包括无烟煤均为自燃倾向性较大的煤层。

5）灰分。煤中灰分具有强耐火性，也会减少氧化程度，降低发热量，延长潜伏期时间，减缓自燃的发生速率。但目前还未有相关研究表明煤丧失自燃与灰含量的关系。

6）粒度。粒径对煤的自燃影响有三方面：a.煤的热传导性由粒度的大小决定，粒径越小热传导性越强，自燃的发生率也越高；b.粒径越小比表面积越大，发生反应所需的活化能越小，越易自燃；c.粒径越大比表面积越小，氧化储热量越小，越不易自燃。

3 塔山采空区自燃规律

塔山矿采用全部垮落法处理顶板，采空区自燃规律分为三个带，见图2。

Ⅰ为冷却带。在冷却带[3]内由于浮煤厚度具备自燃条件，但此处岩石及浮煤尚未压实，空隙较大，导致风速强，散热强，热量不宜储存，很难发生自燃。特厚煤层冷却带一般长度为2～7 m。

Ⅱ为氧化带。随着工作面的推进，跨落下的顶板岩石与浮煤结合紧密，空隙变小，风流稳定流动，散热差，热量易积聚，容易自燃。特厚煤层冷却带一般长度为26～60 m。

Ⅲ为窒息带。风流减缓速度随着开采时间逐渐下降，在此带内，氧气浓度低至无法自燃，也成为自燃的隔绝带。

4 结束语

深入了解塔山特厚煤层自燃规律，得出影响自燃因素的6个条件，总结出塔山采空区自燃规律，为进一步防止煤层自燃做好前期准备。

[1]徐精彩，张辛亥，文虎.煤层自燃胶体防灭火理论与技术[M].北京:煤炭工业出版社，2003.

[2]彭本信.应用热分析技术研究煤的氧化自燃过程[J].煤炭工程师，1992(2):l-10.

[3]陈全，王省身.综放采场自然发火规律及注氮防灭火技术研究[J].煤炭学报，1996，21(6):618-623.

Factor Analysis of Spontaneous Combustion of Extra-thick Coal Seam in Tashan Mine

SU Juan
(Technician College，Datong Coal Mine Group，Datong 037003，China)

Coal spontaneous combustion has so long been a major hidden danger in coal mine production，especially in the mining of extra-thick coal seam.Taking Tashan mine as an example，the mechanism and factors of the spontaneous combustion are studied to prevent its occurrence，which is practically significant.

extra-thick coal seam;spontaneous combustion;molecular structure

TD724

A

1672-5050（2015）02-0085-02

10.3969/j.cnki.issn1672-5050sxmt.2015.02.027

（编辑：樊敏）

2015-01-27

苏娟（1986-），女，山西晋中人，硕士，助理讲师，从事矿山安全高效开采研究工作。