徐永亮等：单轴应力下烟煤氧化-自燃灾变温度 1313 catastrophic temperature Tco(characterization of CO)and THy (characterization of oxygen consumption rate),and critical temperature To(characterization of CO)and Ty (characterization of oxygen consumption rate),and analyzed the variation of different characteristic parameters with uniaxial stress.The analysis results show that the pyrolysis gas concentration,apparent activation energy, and oxygen consumption rate follow a cubic function law that first increases,then decreases,and then increases with increases in the uniaxial stress(the critical axial pressures at 1.8 and 5.5 MPa).At 1.8 MPa,the apparent activation energy and various parameter values are lowest,the oxygen reaction rate of coal is fastest,and the oxygen consumption rate is the highest.When the uniaxial stress is 5.5 MPa,the oxygen consumption rate is the highest,the greatest number of new cracks is created,and the characteristic Tco parameters have the greatest impact.The temperature index of spontaneous coal combustion slowly transitions to rapid oxidation,and the catastrophic temperature Tco characterized by the CO concentration is the most accurate.The research results have important theoretical guiding significance for the early warning and prevention and control of spontaneous combustion of coal at different buried depths. KEY WORDS coal spontaneous combustion;uniaxial stress;catastrophe temperature;critical temperature;grey relational degree; numerical fitting 煤自燃不仅制约着煤炭行业的可持续发展， 浸水煤自燃预测体系.唐洪等例对煤样进行充氮 还对矿产资源的保护造成极大威胁，但我国煤炭 40℃恒温处理后进行程序升温实验，通过比较预 蕴藏条件复杂，各类煤层自燃灾害发生时伴随着 报煤自燃指标，得出CO、C2H4、CO/CO2浓度比可 COx,SOx,NO,等有毒有害气体的产生，每年因煤 作为主要指标.仲晓星等0提出了程序升温下的 自燃造成的C0排放量达10.3万吨、烟尘达1.05 煤自燃临界温度的测试方法，通过CO的浓度与温 万吨 度的变化建立了临界温度的计算模型.Kondratiev 为预防煤自燃灾害的产生，掌握煤层自燃氧 与Ilyushechkin分析了对煤灰渣结晶对矿渣的黏 化的发展程度，国内外学者开展了一系列实验与 度，临界黏度温度，熔渣的流动特性，这3个因素 理论研究.围岩应力、指标气体和温度之间的对 的复杂影响.Gbadamosi等2利用回归分析将煤 应关系，对预测煤自燃发火有着重要意义川赵宏 样的风干率、干率、干粉尘率与煤自燃倾向性指 刚等四进行了原煤加载实验，将煤样偏应力、渗透 数联系起来，通过交叉点温度、煤自燃快速氧化速 率与应变的关系划分为3个阶段，发现加卸载速 率、FCC和Wits-Ehac实验进行评估，发现交叉点 率比越小，应力越大，煤的瓦斯渗透率和体变形越 温度表现煤自燃倾向性最准确.焦新明等)探究 大.娄全等)分析了煤在单轴压缩破坏过程中电 了煤样粒径、水分含量和气体流量对煤临界温度 信号的频谱特征，表明在后期载荷加大的作用下， 测定结果的影响.张宏敏4通过实验中以CO2为 演化出次生裂纹和煤块与主体之间剥离的现象. 气体介质，得到了全应力-应变过程中随压力的增 娄全等)采用损伤力学分析了三种煤岩在扫描电 加，砂岩的渗透率的变化率会随之减小 镜下的变形特征，结果表明随损伤变量减小，煤岩 以往，对预防煤自燃的关注点主要是煤自燃 由塑性破坏向脆性破坏转变.于永江等研究了 热解指标气体数据的采集测试和直接测量易发火 围压、偏应力及温度对型煤渗透率的影响，表明围 地区的煤岩温度，通过比较煤样的变质程度、含水 压和温度会使煤样的渗透率降低，随着偏应力的 率、氧浓度氛围的定性定量分析结果，得到煤自燃 增加，煤样渗透率先降低后增加.张朝鹏等在试 由缓慢氧化过渡到快速氧化的温度区间，以作为 验中采用不同瓦斯应力作用于煤岩体，发现随载 评价煤自燃倾向性的指标，而在煤岩受到应力方 荷的不断增加，煤体的渗透特性呈现出先增后减 面主要考虑渗透率的大小对瓦斯流动的影响.目 的趋势.周福宝等开展了不同氧气条件下的煤 前，浅层煤炭资源随着开采频率过高表现出日渐 自燃实验，表明氧气浓度降低产生的“滞后效应” 枯竭的趋势，对开采埋藏较深的煤层迫在眉睫.埋 会造成煤自燃预测的误报，文虎等进行了不同 藏深、温度高产生的热-应力危害成为煤矿开采过 种类煤体的程序升温实验，对各煤体的指标气体 程中最突出的影响.煤体的自燃特性在热-应力作 对指标性气体的函数模型分析，通过指标气体浓 用下发生改变，若参考以往评价煤自燃倾向性的方 度和温度，确定出煤自燃过程中各阶段适宜的指 法，会造成对防治煤自燃实际的误判.但如今对热- 标性气体.朱建国等阁优选出不同种含水率的长 应力影响的高温矿井评价煤自燃倾向性的温度指 焰煤各指标气体的温度范围，完善了采空区长期 标研究较少，因此，引入一种稳定组态跃迁到另一TCO THY T ′ CO T ′ HY TCO TCO catastrophic temperature (characterization of CO) and (characterization of oxygen consumption rate), and critical temperature (characterization  of  CO)  and (characterization  of  oxygen  consumption  rate),  and  analyzed  the  variation  of  different characteristic parameters with uniaxial stress. The analysis results show that the pyrolysis gas concentration, apparent activation energy, and oxygen consumption rate follow a cubic function law that first increases, then decreases, and then increases with increases in the uniaxial stress (the critical axial pressures at 1.8 and 5.5 MPa). At 1.8 MPa, the apparent activation energy and various parameter values are  lowest,  the  oxygen  reaction  rate  of  coal  is  fastest,  and  the  oxygen  consumption  rate  is  the  highest.  When  the  uniaxial  stress  is 5.5 MPa, the oxygen consumption rate is the highest, the greatest number of new cracks is created, and the characteristic parameters have  the  greatest  impact.  The  temperature  index  of  spontaneous  coal  combustion  slowly  transitions  to  rapid  oxidation,  and  the catastrophic temperature characterized by the CO concentration is the most accurate. The research results have important theoretical guiding significance for the early warning and prevention and control of spontaneous combustion of coal at different buried depths. KEY  WORDS    coal  spontaneous  combustion； uniaxial  stress； catastrophe  temperature； critical  temperature； grey  relational  degree； numerical fitting 煤自燃不仅制约着煤炭行业的可持续发展， 还对矿产资源的保护造成极大威胁. 但我国煤炭 蕴藏条件复杂，各类煤层自燃灾害发生时伴随着 COx，SOx，NOx 等有毒有害气体的产生，每年因煤 自燃造成的 CO 排放量达 10.3 万吨、烟尘达 1.05 万吨. 为预防煤自燃灾害的产生，掌握煤层自燃氧 化的发展程度，国内外学者开展了一系列实验与 理论研究. 围岩应力、指标气体和温度之间的对 应关系，对预测煤自燃发火有着重要意义[1] . 赵宏 刚等[2] 进行了原煤加载实验，将煤样偏应力、渗透 率与应变的关系划分为 3 个阶段，发现加卸载速 率比越小，应力越大，煤的瓦斯渗透率和体变形越 大. 娄全等[3] 分析了煤在单轴压缩破坏过程中电 信号的频谱特征，表明在后期载荷加大的作用下， 演化出次生裂纹和煤块与主体之间剥离的现象. 娄全等[3] 采用损伤力学分析了三种煤岩在扫描电 镜下的变形特征，结果表明随损伤变量减小，煤岩 由塑性破坏向脆性破坏转变. 于永江等[4] 研究了 围压、偏应力及温度对型煤渗透率的影响，表明围 压和温度会使煤样的渗透率降低，随着偏应力的 增加，煤样渗透率先降低后增加. 张朝鹏等[5] 在试 验中采用不同瓦斯应力作用于煤岩体，发现随载 荷的不断增加，煤体的渗透特性呈现出先增后减 的趋势. 周福宝等[6] 开展了不同氧气条件下的煤 自燃实验，表明氧气浓度降低产生的“滞后效应” 会造成煤自燃预测的误报. 文虎等[7] 进行了不同 种类煤体的程序升温实验，对各煤体的指标气体 对指标性气体的函数模型分析，通过指标气体浓 度和温度，确定出煤自燃过程中各阶段适宜的指 标性气体. 朱建国等[8] 优选出不同种含水率的长 焰煤各指标气体的温度范围，完善了采空区长期 浸水煤自燃预测体系. 唐洪等[9] 对煤样进行充氮 40 ℃ 恒温处理后进行程序升温实验，通过比较预 报煤自燃指标，得出 CO、C2H4、CO/CO2 浓度比可 作为主要指标. 仲晓星等[10] 提出了程序升温下的 煤自燃临界温度的测试方法，通过 CO 的浓度与温 度的变化建立了临界温度的计算模型. Kondratiev 与 Ilyushechkin[11] 分析了对煤灰渣结晶对矿渣的黏 度，临界黏度温度，熔渣的流动特性，这 3 个因素 的复杂影响. Gbadamosi 等[12] 利用回归分析将煤 样的风干率、干率、干粉尘率与煤自燃倾向性指 数联系起来，通过交叉点温度、煤自燃快速氧化速 率、FCC 和 Wits-Ehac 实验进行评估，发现交叉点 温度表现煤自燃倾向性最准确. 焦新明等[13] 探究 了煤样粒径、水分含量和气体流量对煤临界温度 测定结果的影响. 张宏敏[14] 通过实验中以 CO2 为 气体介质，得到了全应力−应变过程中随压力的增 加，砂岩的渗透率的变化率会随之减小. 以往，对预防煤自燃的关注点主要是煤自燃 热解指标气体数据的采集测试和直接测量易发火 地区的煤岩温度，通过比较煤样的变质程度、含水 率、氧浓度氛围的定性定量分析结果，得到煤自燃 由缓慢氧化过渡到快速氧化的温度区间，以作为 评价煤自燃倾向性的指标，而在煤岩受到应力方 面主要考虑渗透率的大小对瓦斯流动的影响. 目 前，浅层煤炭资源随着开采频率过高表现出日渐 枯竭的趋势，对开采埋藏较深的煤层迫在眉睫. 埋 藏深、温度高产生的热−应力危害成为煤矿开采过 程中最突出的影响. 煤体的自燃特性在热−应力作 用下发生改变，若参考以往评价煤自燃倾向性的方 法，会造成对防治煤自燃实际的误判. 但如今对热− 应力影响的高温矿井评价煤自燃倾向性的温度指 标研究较少，因此，引入一种稳定组态跃迁到另一 徐永亮等： 单轴应力下烟煤氧化‒自燃灾变温度 · 1313 ·