卢广银
摘 要：煤为什么会自燃？煤炭科研工作者提出了很多学说，其中煤氧化合作用学说是我国比较认同的学说之一，该学说认为煤吸附氧气后发生氧化是煤自燃的主要原因。双气路流动色谱仪能够测定煤的吸氧量的多少，从而判断煤的自燃倾向性。通过对宏达煤矿21021采煤工作面煤炭吸氧特性參数的研究，得出21021采煤工作面煤层自燃倾向性，然后宏达煤矿结合实际采取相应的措施对煤炭自燃现象进行控制。
关键词：煤炭自燃吸氧量 双气路流动色谱法 煤炭自燃倾向性 测定
中图分类号：TD75 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2017）01（b）-0073-02
宏达煤矿为郑煤集团公司兼并重组矿井之一，该矿21021回采工作面因长期停采，从而引起煤炭自燃。煤炭为什么会自燃，煤矿科研工作者作了大量的研究和探索，提出了煤炭自燃的各种学说，并研究制定了煤炭自燃倾向性是划分煤炭自燃发火危险性等级的指标参数，用以判断煤炭自燃发火危险性，指导生产实践。笔者结合宏达煤矿情况来探讨煤层自燃发火危险性，以便采取相应措施，控制煤层自燃。
1 煤炭自燃机理
煤为什么会自燃？许多学者对此做了不懈地努力和探索，提出了各种各样的煤炭自燃机理学说，例如：黄铁矿作用学说、细菌作用学说等，目前，煤矿科研工作者大多数认同煤氧化合作用学说，该学说认为煤在常温下吸收空气中的氧气，并与氧气发生物理、化学反应，在物理、化学变化过程中释放出热量和初级氧化产物，这个过程也称低温氧化作用。如果储存煤炭或煤层散热不良，热量聚积，导致煤层温度上升，当达到煤的燃点后，就会导致煤层自燃发火。
煤吸附氧气后会发生氧化反应，发生物理和化学变化。物理变化主要有煤炭吸收氧气、脱附气体、水分蒸发，煤体升温、结构松散等；化学变化主要有煤与氧气发生化学反应，生成多种气体，并伴随着吸收热量和放出热量过程。煤炭吸收氧气量越多，即消耗的氧气量越多，产生的热量越多，煤炭自燃发火的危险性越大，故用煤炭吸氧量的多少来表示煤炭自燃倾向性的大小，煤炭自燃倾向性的大小分为Ⅲ级，Ⅰ级为易自燃煤层，Ⅱ级为自燃煤层，Ⅲ级为不易自燃煤层。煤的自燃倾向性分级用来区分和衡量不同煤层发生的危险程度，也是对矿井煤层自燃发火采取不同的针对性措施进行有效管理的主要依据。
煤在常温常压下吸收氧气量的多少，符合Langmuir方程吸附规律，我国煤科总院抚顺分院研究出了以双气路流动色谱仪测定煤吸收氧气量的多少，从而判断煤自燃倾向性大小的方法。双气路流动色谱仪测定方法是我国煤炭行业鉴定煤自燃倾向性的标准，该方法简单、实用、可靠，所以宏达煤矿采用双气路流动色谱法鉴定煤自燃倾向性。
2 宏达煤矿煤炭自燃倾向性测定方法
2.1 样品采集
根据《GB482-2008煤层煤样采取方法》，宏达煤矿采样时，在回采工作面煤壁首先剥去煤层表面风化层，进行平整，然后在平整过的煤层表面上取样，取样时由顶至底划四条垂直顶、底极的直线，直线之间的距离取0.20 m，刻槽探度取0.05 m。在采样点的底板上铺好一块布，使刻槽落下的煤样都能落在铺布上，然后将所采取的煤样分别装入煤样袋内，密封好。每个煤样袋贴上标签，带至地面实验室进行测定。
2.2 样品准备
将井下采取的煤样，按照《GB474-2008煤样的制备方法》进行粉碎，煤样粉碎后应符合：（1）粒径<0.15 mm；（2）粒径为0.10～0.15 mm的比例大于70%；（3）测量前对煤样进行脱水处理。
2.3 样品测试
世界各主要采煤国家对煤层自燃倾向性的鉴定方法和界定指标都做了明确规定。我国现行的煤自燃倾向性鉴定方法是采用双气路流动色谱法鉴定煤自燃倾向性，故宏达煤矿采用双气路流动色谱法测定煤在低温条件下吸附氧的能力，进而判断煤的自燃倾向性。我们在测定样品煤时，让氧气连续不断地进入待测煤样的样品管，当氧气遇到煤样时，一部分氧气被煤样吸收，然后测定吸收氧气量的多少。煤样吸收氧气量的多少与煤的结构、温度、压力等有关，测定煤样在恒定温度和压力下吸收氧气量，恒定温度是指常温30 ℃条件，恒定压力是指常压1.0133×105 Pa条件。
2.4 吸附量计算
在样品测试中，根据推导出的Langmuir吸附方程计算出吸收氧气量。计算公式如下：
式中：为吸氧量，cm3/g；K为仪器常数；RC1为实管载气流量，cm3/min；
RC2为空罐载气流量，cm3/min；a1为实管时氧气的分压与大气压之比；a2为空管时氧气的分压与大气压之比；S1为实管脱附峰面积，；S2为空管脱附峰面积，；G为煤样重量，g；为煤的真比重；为样品管（标准态），cm3；WQ为煤样全水份，%；校正因子K1=5Vdb/，标准样品的吸氧量（干煤），cm3/g；为标准样品第i次测定的吸氧量，cm3/g。
3 煤自燃倾向性测试结果
根据《煤自燃倾向性色谱吸氧鉴定法》，以每克干煤吸收氧气量的多少作为主要指标，以工业分析等参数作为参考指标，确定煤的自燃倾向性。煤的自燃倾向性等级划分为三类，如表1、表2所示。
宏达煤矿所采取煤样按照双气路流动色谱法进行测定，其吸收氧气量如表3所示。
将宏达煤矿测定结果与煤自燃倾向性等级分类标准进行比较，确定宏达矿21021工作面自燃倾向性等级为Ⅲ级，属于不易自燃煤层。
4 结语
通过用流动色谱吸氧法测定宏达煤对流态氧的吸附能力，确定宏达煤矿21021工作面煤层自燃等级为III级，是不易自燃煤层。此方法简单、快速、可行。测试结果与生产过程中发生的自燃现象有很好的符合性，这得益于矿井通过科学测量并认真分析，为矿井有针对性地采取措施提供了科学依据，对有类似情况的矿井有一定的借鉴价值。
参考文献
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