D0I:10.13374/i.issm1001053x.2003.01.004 第25卷第1期 北京科技大学学报 Vol.25 No.1 2003年2月 Journal of University of Science and Technology Beijing Feb.2003 程序升温条件下煤炭自燃特性 谢振华金龙哲 :宋存义 北京科技大学土木与环境工程学院，北京100083 摘要通过程序升温实验研究了煤炭的自燃特性，测定了不同粒度煤样在不同温度下产 生C0,CO,等气体的浓度.讨论了指标气体的选择，分析了C0,C0,等气体浓度随温度的变化 规律，得到了耗氧速度与煤温及煤体粒度的关系.结果表明，煤体粒度越小，温度越高，则煤 氧复合的强度越大.本实验的研究结果对煤矿火灾的防治具有指导作用. 关键词程序升温；煤炭自燃：指标气体；耗氧速度 分类号TD752.1 煤炭自燃的发生和发展是一个极其复杂的 程序升温箱 动态物理化学变化过程，是氧化反应的自发产 测温仪 生、热量逐渐积聚并最终引起燃烧的过程”.其物 理变化包括煤对气体的解吸附、水分的蒸发和凝 煤样 结、热传导等；化学变化包括煤与氧之间的化学 风压泵一 吸附和化学反应.煤在低温下主要与氧发生物理 ○←色谱仪 吸附，物理吸附达到平衡后则以化学吸附为主 流量计 随着温度的升高，化学吸附速度加快并进一步发 空气预热管 生化学反应.煤氧复合的化学变化会引起煤表 图1煤样程序升温的实验装置 面结构和空间结构的变化，其内能也会随之变化 Fig.1 Experimental equipment of programmed temperature 并放出热量.煤结构的变化影响着整个物理化学 for coal samples 变化的进程本实验在程序升温条件下测定不 2实验条件及实验方法 同粒度煤样的气体产生量和耗氧情况，以证实煤 氧复合的过程和分析煤的自燃特性，这对于研究 在大屯能源股份有限公司所属姚桥、徐庄、 煤炭自燃机理、预测和防止煤层自燃具有重要 孔庄、龙东等四矿的7和8煤层取样，用球磨机 意义州 粉碎煤样，筛分得到<0.3,0.3,2,60mm四种粒度 试样.实验条件如表1.实验时，将每种试样装进 1 实验装置 试样罐，连接气体管路，打开空气阀门，调节流量 实验装置如图1所示，它包括供气系统、程序 为90mL/min,然后开始加热试样.每隔10℃取气 升温系统和气样分析系统三部分 样，用气相色谱仪分析气样成分及浓度 (1)供气系统.包括高压空气瓶、减压阀、流量 表1煤样程序升温实验条件 控制阀及显示仪表，并用钢管依次连接 Table 1 Experimental conditions of programmed tempera- (2)程序升温系统.包括恒温箱及程序升温控 ture for coal samples 制设备，箱内安装螺旋形预热管和试样罐，温度 试样粒度/mm d/mm m/g容重(gcm)v(℃min) 控制精度为0.1℃. 10.1-0.3 0.2202.0 0.98 1.0 (3)气样分析系统.包括取样管和分析仪器 20.3-2.0 1.2202.0 0.96 0.5 32.0-6.0 4.0 201.0 0.95 0.5 收稿日期2001-0604谢振华男，33岁，讲师，硕士 4°6.0-10 8.0200.0 0.92 0.2 *国家自然科学基金资助课题No.19890310)第 卷 第 期 年 月 北 京 科 技 大 学 学 报 ” ’ 匕】 一 。 。 程 序 升 温 条件 下 煤炭 自燃 特 性 谢振华 金龙 哲 宋存 义 北 京科技 大学土 木 与环境工 程学 院 ， 北京 摘 要 通 过 程序升温实验研究 了煤 炭 的 自燃特性 ， 测定 了不 同粒度煤样在不 同温 度 下 产 生 ， 等气体的浓 度 讨论 了指标气体的选 择 ， 分 析 了 ， 等气体浓 度随温度 的变 化 规律 ， 得 到 了耗 氧速度与煤温 及煤体粒度 的关 系 结果表 明 ， 煤体粒度越 小 ， 温度 越 高 ， 则煤 氧复合 的强度越 大 本实验的研究结果 对煤矿火灾的 防治具有指导作用 关键词 程 序升温 煤炭 自燃 指标气体 耗 氧速度 分 类号 煤炭 自燃 的 发 生 和 发 展 是 一 个 极 其复 杂 的 动 态 物理 化 学 变化 过 程 ， 是 氧化 反 应 的 自发产 生 、 热量 逐渐积 聚并最终引起燃烧的过程 ’ 其物 理变化包 括煤对气体的解 吸附 、 水分 的蒸 发 和凝 结 、 热传导 等 化 学 变化包 括煤 与氧之 间 的化学 吸 附和化学 反 应 煤在低 温 下 主要 与氧发生 物理 吸 附 ， 物 理 吸 附达 到平衡后 则 以化学 吸 附为 主 随着温度 的升 高 ， 化学 吸 附速度加快并进一 步发 生 化 学反 应 口 煤氧 复合 的化学 变化会 引起 煤 表 面结构 和 空 间结构 的变化 ， 其 内能 也会 随之变化 并放 出热量 煤结构 的变化影 响着整个物理化学 变化 的进 程 ‘习 本 实验在 程 序升 温条件 下测 定 不 同粒度煤样 的气 体产生 量 和耗氧情况 ， 以证实煤 氧复合的过程 和分析煤 的 自燃特性 ， 这对 于研究 煤炭 自燃 机 理 、 预测 和 防止 煤层 自燃具 有 重 要 意义’ 程序升温箱 雪马空气预热管 煤样 〔 二 图 煤样 程序 升温的实验装盆 功 实 验 装 置 实验装 置 如 图 所示 ， 它包括供气 系统 、 程序 升温 系统 和气样分析 系统 三 部分 供气 系统 包括高压 空气瓶 、 减压 阀 、 流量 控制 阀及 显 示 仪表 ， 并 用 钢管依次连 接 程 序升温 系统 包括恒温箱及程序升温控 制设备 ， 箱 内安 装 螺旋 形 预 热管 和试样 罐 ， 温 度 控 制精度 为 ℃ 气样 分析 系统 包 括取样 管 和分析仪器 收稿 日期 刁 一 谢振华 男 ， 岁 ， 讲师 ， 硕 士 国家 自然科学 基金 资助课题 实 验条件及 实验 方法 在 大 屯 能源 股份有 限公 司所 属 姚 桥 、 徐庄 、 孔 庄 、 龙东 等四矿 的 和 煤层 取样 ， 用 球 磨机 粉碎煤样 ， 筛分得 到 ， ， ， 四 种 粒 度 试样 实验 条件 如表 实验 时 ， 将 每种 试样 装进 试样罐 ， 连 接气体管路 ， 打开 空 气 阀 门 ， 调 节 流量 为 ， 然 后 开始 加 热 试样 每 隔 ℃ 取 气 样 ， 用 气相 色谱仪分析气样 成 分 及 浓 度 表 煤样程序 升温实验条 件 口 试样 粒度 刁 容 重 · 一 ， ℃ · ’ 八︸，‘、曰户 ﹃ ， 片兄月一 ，乙 ‘ 召俘口翻甘月 白，内、且 DOI ：10．13374／j ．issn1001－053x．2003．01．004