王军
酒钢集团榆中钢铁有限责任公司 ，甘肃 兰州 730104
摘要：根据煤的自燃条件和煤的自燃过程，用流动色谱法测定了煤的自燃倾向性，分析了影响煤的自燃倾向性的主要因素，即煤样的粒度，探讨了煤的自然倾向性及其影响因素，对提高煤的自燃倾向性测试结果的准确性，保证运输和储存安全具有重要意义。煤的自然倾向性是煤常温氧化能力的内在属性，是煤炭安全生产的重要指标。因此，掌握煤炭的自然倾向性及其影响因素的测定是动力煤储存的重要环节，对保证运输和储存安全具有重要意义。
关键词：煤自燃倾向性；测定；影响因素
煤的氧化性是引起煤自燃的重要因素之一。当生产扩大到一个新的水平时，必须查明所有煤层的自燃倾向，必须采取综合措施防止煤层自燃。为了防止煤层自燃，需要投入大量的财力和物力来保证，因此自燃趋势预测的可靠性具有重要意义。
一、煤的组成与自燃倾向性的相关性分析
煤自燃的氧化动力学综合判定指数是从煤氧动态发展的全局角度为出发点，以热自燃及自由基相关原理为依据，运用多参数综合评判为方法的测试方法。煤自燃综合判定指数是整个自燃过程中煤氧化能力的综合评判结果，其数值越大，煤自燃倾向性越小，煤自燃氧化能力越弱，煤越不易自燃。总体上，煤自燃倾向性综合判定指数与变质程度呈正相关，煤阶越低，I 值越小，自燃倾向性越大，煤越不稳定，易自燃。通过煤的组成与自燃倾向性的相关性分析我们发现煤组成数据与自燃趋势综合判断指数I的相关性一般较大，相关度一般高于0.7，具体分析如下：C/H与综合评判指数I的相关系数为0.9516，相关显著。这意味着C/H不仅反映了煤的变质程度，而且变质程度与显著程度之间存在着0.01的正比例关系;C与I的关联度较高，但相关性较弱。C主要存在于定向构造中，煤阶高的同时，稳定的定向构造增加，煤体呈稳定趋势；元素N与I有中度关联，是一个稳定的元素，存在于蛋白质中；元素H与O元素与I中度关联，具有高度的负相关关系。主要附着在侧链和活性官能团（含氧官能团）上。在煤级精制过程中，侧链和官能团的缩合会使H元素减少，I增加，自然倾向性降低；S元素与I的中度关联，S元素的存在形式多种多样。主要包括以黄铁矿（FeS2）为主的促进燃烧的无机硫和以噻吩为主的防止燃烧的有机硫，总体上呈低比例关系。总硫化物含量越高，I越大，自然趋势越小。
二、煤的自燃机理
煤的自燃是煤长期氧化，储热的结果，多发生在低阶煤中。煤的着火点一般是在250～450℃，煤阶越低，着火点越低，且含氧官能团越多。在存储过程中，氧气渗入进煤，这些含氧官能团将吸附氧气，并与之发生缓慢的氧化反应，生成新的含氧官能团，进一步降低煤的着火点，且放出热量。若煤的通风条件好，煤堆的散热量大于氧化产生的热量，则自燃不发生，反之，则自燃。
通过隔绝空气与煤炭的接触，防止温度过度积聚，并采取测温、喷水等措施，可起到预防煤自燃煤的自燃是指煤在不受外界火和高温影响的情况下自燃燃烧的现象。煤的自燃燃烧条件是煤本身具有自燃倾向性，必须具备供氧和集热的条件。符合自然条件的煤经过吸氧、氧化、蓄热和氧化速率后进入燃烧，产生高温、可燃、异味和气体，自燃发生。影响煤自燃燃烧的因素有煤形的粒度、机器的稳定性和保密性、煤形的预处理、包括气流在内的机器的稳定性和保密性。
三、煤的自燃倾向性测定中的影响因素
第一，气路的密封性
气路系统的密封性决定试验是否正常进行。所有样品管进入检查员界面后，首先必须检查每个气体路径的密封状态。具体的检查方法如下。（1）将气路的方向切换阀置于“打开”位置。在分解状态下，观察吸附状态下的氮量或氧量是否正常。例如，流量慢或几乎没有的情况下，可以确认样品管和连接部是否牢固。戴上橡胶手套，可以拧紧连接部，确认煤气是否正常。没有流量的情况下，请用肥皂水检查正常状态（2）上述检查后，观察正常流量，进行进一步检查。
换气阀的一个位于“开放”位置，对于剩下的通道，将阀门变更为“关闭”，将阀门吸附1分钟氧气进行分解。计算机观察到曲线的形状变化。如果曲线2分钟后是平的，那意味着气道密封良好。流动长时间均匀，尾部的连续趋势意味着漏气小，意味着样品管和连接部坚固。在样品管和连接部固定的情况下，建议佩戴橡胶手套以稳定滑动室。
第二，煤的样品预处理
GB/t20104-2006规定煤样预处理程序如下。将1.000g煤样放入样品管中，调节氮气流量（30±5）cm/min，柱温105℃ 持续1.5小时。多年的实验发现，在这种条件下，大多数煤样都能清除煤样中的水分，达到干燥状态。但由于样品含水量高，处理难度大，达不到干燥状态，水分残留在机器上，使机器不稳定，无法继续实验，在含水量高的情况下，在ZRJ-1型煤自然倾向测试仪上出现了以下现象。色谱仪的谱线不稳定，如果它没有回到初始位置，它就必须走直线离开基准线，测试结果不准确。针对上述现象，采取以下措施：从定量瓶中取出1.000g煤样，放入氮气干燥箱中干燥1~1.5h，然后按标准移入样品管进行检测。经过上述处理后，将煤的含水率完全干燥，以保证测试结果的准确性。
第三，煤的结构
煤的结构与自燃倾向的相关性分析可知，倾向性综合评判指数I的相关性一般较低，相关度一般较高。孔隙角度：微孔和普通孔隙均与综合评判指数I的高度有关，大孔隙与综合评判指数I中度相关。煤中的微孔多为胶状孔和变质孔，随着煤化程度的加深，大孔减少，中小孔发育。气体吸附由多分子层吸附转变为毛细充注，气流由层流向分子扩散，由于煤孔隙对气体的吸附和传质能力减弱，稳定性增强，导致整个致密化过程，煤的自然倾向性减弱。平均孔径角度：平均孔径与I中度关联。平均孔径表示球中的平均孔径，平均孔径越大，内部孔径越大，I值越小，煤的自然倾向性越高；总孔隙体积和比表面积角度：总孔隙体积和比表面积角度I中度相关，原理和孔径分布相同。在煤化作用下，煤中大孔隙的挤压效应随着煤阶的增加而急剧减小，由于中小煤的发展，煤堆的体积和所占面积增加，I与程度低成正比。I值越大，煤的自然倾向性越低。
四、煤自燃倾向性的防止措施
通过隔绝空气与煤炭的接触，防止温度过度积聚，并采取测温、喷水等措施，可起到预防煤自燃。 由上述对于煤自燃的概述，可以得知煤自燃关键在于热量的积累。因此，熄灭措施的关键也就是抑制热量在煤堆中的累计。对于小型煤堆，可直接浇水，或喷灭火剂。对于中、大煤堆，灌水会促进C＋H2O→CO＋H2的反应，生成的一氧化碳和氢气更易燃，故不能采用灌水，但可以通过填入土，沙等高储热的物质，一是隔绝氧气，二是降低煤中的储热。当然，还可以通过，隔绝燃料的方法来熄灭煤的自燃。对于特大型煤的自燃，上述的方法效果均不佳，既然灭不了，个人认为将其转化为煤地下气化，加以利用。
在落煤、运输、提升、破碎过程中会产生大量的煤尘。当煤尘飘浮在空气中时，会达到一定浓度并到达花园，振动或摩擦会导致煤尘爆炸。另外，煤的长期积累会因氧化而引起自然燃烧，增加煤的灰分含量，降低固定煤和发热量，降低煤质，降低自然燃烧成本，在这个过程中会产生大量有害气体和可燃气体，因此，煤尘和自然燃烧是一个巨大的安全隐患。目前，全封闭煤仓最先进的防爆和自然燃烧监测预警系统全面建成，对煤库实行全天候、全天候的动态检测监测，对有害气体、粉尘浓度和煤炭自然燃烧情况进行监测，实现预警，防止事故发生。
五、结语
综上所述，煤炭自燃发火是矿井开采时重大的安全隐患，关系储存工作的顺利进行以及工作人员的生命安全。据有关资料显示，在我国发生的煤火灾中，煤炭自燃发火引起的火灾约占七成，给煤生产及矿区人员生命安全带来严重威胁。因此，采取合理的措施防治煤炭自燃，保证人们生命财产安全。通过隔绝空气与煤炭的接触，防止温度过度积聚，并采取测温、喷水等措施，可起到预防煤自燃。由上述对于煤自燃的影响因素的分析，找到煤自燃的原理并加以控制，提高能源的利用率，为保护煤炭这种不可再生能源贡献一份力量。
参考文献：
[1]杨金和, 陈文敏, 段云龙主编.煤炭化验手册[M].北京:煤炭出版社, 2004.
[2]隋艳.煤自燃倾向性色谱吸氧鉴定浅谈[J].煤质技术, 2007 (3) :25-27.