百年历程下煤炭自燃机理研究进展与挑战

煤炭自燃作为煤矿安全生产的重要灾难，其研究历史可追溯到一个多世纪前。目前，煤氧复合作用理论被认为是主导的自燃机理。这一理论认为，煤炭中的碳与氧气在一定条件下发生氧化反应，引发持续的热量释放，可能导致矿井火灾。国内外学者围绕这一核心理论，进行了大量深入研究。 在宏观层面，研究者关注了以下几个关键点： 1. **二次氧化的煤自燃**：即煤炭在开采后，由于暴露于空气中，氧气供应增加，导致的二次氧化过程，这是自燃启动的关键环节。 2. **煤自燃的影响因素**：包括煤的类型（如挥发分含量、矿物质组成）、温度、湿度、通风条件、地质结构等，这些都可能影响自燃的发生和发展。 3. **煤自燃倾向性判定**：通过实验方法和模型预测，评估煤炭自燃的风险程度，为安全管理提供依据。 微观层面，研究聚焦于： 1. **官能团和自由基的变化**：官能团是决定煤炭化学性质的关键，它们在自燃过程中扮演着催化剂的角色。自由基的产生、传递和消耗对自燃过程至关重要，链式反应是自由基活动的典型模式。 2. **自由基—活性基团的联合作用机理**：这两个元素的交互作用决定了自燃的速度和规模，理解这种相互作用有助于预测和控制自燃。 此外，**瓦斯与煤自燃的耦合作用**也受到重视，因为瓦斯的存在可以加剧自燃，反之，自燃也可能影响瓦斯的行为，形成复杂的共生灾害现象。 当前的研究重点和难点在于： 1. **自由基的链式反应机理**：深入探究自由基如何引发并维持燃烧过程，是防止自燃的关键。 2. **多因素耦合条件下的致灾机理**：包括温度、压力、氧气浓度、湿度等多种因素的协同作用，理解这些因素如何共同引发自燃事故。 总体来说，煤炭自燃的基础研究对于制定有效的防治策略至关重要，它为煤矿安全技术的发展提供了方向。在未来的研究中，将继续深化对基础理论的理解，特别是在复采工作面这种特殊环境下的自燃机理研究，以确保煤矿生产的可持续性和安全性。