兗州天池礦采空區(qū)防火阻化劑優(yōu)選

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1、水封、均壓及大流量注氮等相結(jié)合的防滅火技術(shù)成功的治理了寧夏白芨溝礦采空區(qū)發(fā)生的我國建國以來最大的井下煤炭自燃發(fā)火事故，安全啟封了該特大火區(qū)。煤層自然發(fā)火煤有自燃傾向遺留有大量浮煤連續(xù)供氧熱量的不斷積累煤本身的特性人為控制影響圖1.1煤層自燃火災(zāi)發(fā)生條件圖Fig.1.1Theconditionsofcoalspontaneouscombustionfireschematic因此，為了更好的防治煤層自燃，保證礦井的安全開采，必須掌握現(xiàn)有的防滅火技術(shù)和其最新研究進展。而且在防治煤層自燃的過程中，沒有一種材料是萬能的，通常都是幾種防滅火技術(shù)和材料結(jié)合起來相互作用的結(jié)果，所以在

2、現(xiàn)實開采使用時，必須分析煤炭自燃的發(fā)生發(fā)展?fàn)顩r、煤層的位置，根據(jù)礦井的實際情況，選擇合適的技術(shù)和手段，這樣才能有效的防治煤層的自然發(fā)火。1.2煤自燃機理的國內(nèi)外研究歷史與現(xiàn)狀煤自然發(fā)火的機理理論研究是一個古老而又新興的研究課題。17世紀(jì)，英國的Plolt和Berzelius提出了黃鐵礦導(dǎo)因說，認(rèn)為煤中的FeS2與空氣中的水分和氧氣發(fā)生化學(xué)反應(yīng)放出熱量，從而導(dǎo)致了煤的自燃。1927年英國學(xué)者Potter，M.C等人提出了細(xì)菌導(dǎo)因說[18]，認(rèn)為細(xì)菌作用在煤上，是煤開始發(fā)酵并放出熱量，從而導(dǎo)致了煤的自燃。1940年，前蘇聯(lián)學(xué)者B.B.TpoИoB認(rèn)為煤體內(nèi)不飽和酚基化合物

3、強烈吸-3-附空氣中的氧氣，并且產(chǎn)生一定的熱量，才導(dǎo)致了煤的自熱。另外，國內(nèi)外一些學(xué)者還提出了煤氧復(fù)合理論[19]，主要是以煤的吸氧量的多少為依據(jù)的。20世紀(jì)90年代以來，國內(nèi)外學(xué)者提出了一些更具體的學(xué)說，如自由基反應(yīng)學(xué)說[20]、電化學(xué)作用學(xué)說[21]、氫原作用學(xué)說[22]、基團作用學(xué)說[23]、逐步自活化反應(yīng)學(xué)說[24]等。1)利用熱分析技術(shù)研究煤的自燃機理舒新前等[25]用熱重分析方法研究了神府煙煤和無煙煤氧化自燃的動力學(xué)過程，認(rèn)為煤炭低溫氧化遵從阿侖尼烏斯定律；路繼根[26]用等溫DTA技術(shù)結(jié)合TGA技術(shù)研究了煤的氧化機理，發(fā)現(xiàn)所有的煤從室溫直至著火點附近所發(fā)

4、生的對自熱有影響的化學(xué)反應(yīng)都一樣；彭本信[27]對我國氣煤、肥煤、焦煤及無煙煤等八個煤種70個煤樣進行TGA、DTA、DSC及熱分析紅外光譜試驗，查清了變質(zhì)程度低的煤易自燃主要是由于在低溫階段其氧化放熱量大于變質(zhì)程度深的煤。另外，Garcia.P[28]也利用熱分析技術(shù)對煤的自燃進行了研究。2)從煤的活化能著手研究煤自燃機理TeVrucht[29]用FTIR檢測脂類C-H吸收峰強度變化求取煤氧反應(yīng)活化能和速度常數(shù)。Patil[30]用XPS考察了煤表面O/C原子比的變化，據(jù)此求出在295—398K時表觀活化能為11.45Kal/mol。Martin[31]用SIMS研

5、究了23℃、70℃和90℃時煤表面氧濃度的變化，計算結(jié)果說明70℃前后活化能差別很大，在氧化反應(yīng)的第一周內(nèi)，溫度小于70℃，具有以吸附擴散過程為主的低活化能特征。劉劍等[32]通過對煤活化能的理論研究，推算出了活化能的計算公式。陸偉等[33]提出了煤自燃逐步自活化反應(yīng)理論，認(rèn)為煤自燃是一種依靠自身物理吸附熱，更主要是氧化產(chǎn)熱不斷使煤體內(nèi)需要不同活化能的結(jié)構(gòu)活化并與氧氣發(fā)生反應(yīng)不斷放出熱量，使體系熱量加速增加，達(dá)到煤著火點而發(fā)生著火燃燒的現(xiàn)象和過程。并指出了我國現(xiàn)行的煤自燃傾向性色譜吸氧鑒定法的不足之處，同時給出了煤自燃傾向性鑒定標(biāo)準(zhǔn)的基本原則。在煤自燃動力學(xué)基礎(chǔ)上得到

6、了煤絕熱氧化方程，并設(shè)計了相應(yīng)絕熱氧化實驗裝置。通過理論和實驗研究，提出了能夠反應(yīng)煤自燃關(guān)鍵階段，即低溫氧化階段動力學(xué)參數(shù)活化能E作為煤自燃傾向性鑒定指標(biāo)。并測試了3個典型煤樣的低溫氧化活化能E。最后，通過現(xiàn)場煤自燃發(fā)火期與煤物理吸附氧量和低溫氧化活化能E的對比，并確定了基于煤低溫氧化過程的動力學(xué)參數(shù)指標(biāo)，即45～75℃溫度段的平均活化能作為-4-煤自燃傾向性鑒定指標(biāo)。利用該測試方法和鑒定指標(biāo)能夠較好反映煤在低溫氧化階段的煤自燃傾向性。1.2煤自燃階段的劃分煤自燃一般經(jīng)過三個時期：潛伏期、自熱期和燃燒期，如圖1-2所示。1）潛伏期。在這個階段煤吸附空氣中的氧氣后會形成

7、一種不穩(wěn)定的含氧游離基，使煤體的重量略為增加。2）自熱期。在這一階段煤中不穩(wěn)定的氧化物會分解成水、CO和CO2，氧化速度不斷加快，并且產(chǎn)生大量的熱量，導(dǎo)致煤溫升高。當(dāng)溫度超過臨界溫度值（Tc）時，氧化進程會持續(xù)加快，就會出現(xiàn)煤的干餾，并且生成芳香族圖1.2煤的自然自燃過程Fig.1.2Theprocessofcoalspontaneouscombustion的碳?xì)浠衔?、氫及CO等可燃?xì)怏w。3）燃燒期。這段期間煤體溫度會持續(xù)上升，當(dāng)達(dá)到臨界著火溫度（Tb）時，它的氧化過程會急劇加速，從而引起煤的自燃。煤的著火溫度因煤種不同而不同，例如無煙煤的著火溫度