CN105510383B - 煤最短自然发火期与自然发火特性参数测试装置及方法 - Google Patents

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CN105510383B CN201610012951.XA CN201610012951A CN105510383B CN 105510383 B CN105510383 B CN 105510383B CN 201610012951 A CN201610012951 A CN 201610012951A CN 105510383 B CN105510383 B CN 105510383B
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    • G01N25/22—Investigating or analyzing materials by the use of thermal means by investigating the development of heat, i.e. calorimetry, e.g. by measuring specific heat, by measuring thermal conductivity on combustion or catalytic oxidation, e.g. of components of gas mixtures
    • G01N25/24—Investigating or analyzing materials by the use of thermal means by investigating the development of heat, i.e. calorimetry, e.g. by measuring specific heat, by measuring thermal conductivity on combustion or catalytic oxidation, e.g. of components of gas mixtures using combustion tubes, e.g. for microanalysis

Abstract

本发明公开了一种煤最短自然发火期与自然发火特性参数测试装置，包括测试炉、控制系统、温度监测系统和气体采集系统，测试炉包括炉体和炉盖；控制系统包括温度控制系统和气流控制系统，温度控制系统包括温度控制器、第一加热电阻丝和第一电压调节器；气流控制系统包括空气压缩机和气流温度控制水箱；温度监测系统包括监控计算机、数据采集模块、炉体温度监测传感器组和煤样温度监测传感器组。本发明还公开了一种煤最短自然发火期与自然发火特性参数测试方法。本发明设计新颖合理，实现方便且成本低，能够准确得到煤最短自然发火期及自然发火特性参数，判定了煤样的自燃倾向性，为煤矿防灭火提供了坚实的基础，实用性强，便于推广使用。

Description

煤最短自然发火期与自然发火特性参数测试装置及方法
技术领域
本发明属于煤层实验测试装置技术领域，具体涉及一种煤最短自然发火期与自然发火特性参数测试装置及方法。
背景技术
煤自燃灾害是不仅严重威胁矿井安全生产、工人的生命健康以及环境安全，同时也会造成煤炭资源的巨大损失。煤自燃火区形成演化过程复杂，发展时间长、范围广、高温火源隐蔽，治理难度大，已成为当前亟待解决的难题。因此，研究煤自然发火期、煤自燃特性参数对于煤矿防灭火具有重要意义。长期以来，对于煤自然发火期主要采用统计法，只能精确到月，因此无法满足现场的防灭火需求。现有的宏观研究方法，如煤程序升温实验、煤绝热氧化实验，前者对煤样被动加热，后者不能反映煤自燃过程特性，均无法准确得到煤最短自然发火期及自然发火特性参数，难以有效指导煤矿的防灭火工作。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种结构紧凑、设计新颖合理、实现方便且成本低、能够准确得到煤最短自然发火期及自然发火特性参数、判定了煤样的自燃倾向性、为煤矿防灭火提供了坚实的基础、实用性强的煤最短自然发火期与自然发火特性参数测试装置。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种煤最短自然发火期与自然发火特性参数测试装置，其特征在于：包括测试炉、控制系统、温度监测系统和气体采集系统，所述测试炉包括中空设置的炉体和密封连接在炉体顶部的炉盖，所述炉体侧壁由从内到外依次设置的耐火砖层、第一碳钢层、第二碳钢层和不锈钢层组成，所述第一碳钢层和第二碳钢层在上下两端密闭组成了第一密闭间隙，所述第一密闭间隙的下部设置有穿出炉体外的进水管，所述进水管上连接有进水阀门，所述第一密闭间隙的上部设置有穿出炉体外的出水管，所述第二碳钢层和不锈钢层在上下两端密闭组成了第二密闭间隙，所述第二密闭间隙中充填有隔热材料，所述炉体底部为耐火砖层,所述炉体底部上方设置有与炉体内壁固定连接的煤样支撑架，所述煤样支撑架上铺设有铜网，位于煤样支撑架上方的炉体内壁上均匀设置有多层十字形隔架，所述炉体下部设置有卸煤口，所述卸煤口上连接有卸煤盖，所述炉盖中心连接有用于伸入废气处理水槽中的出气管；
所述控制系统包括温度控制系统和气流控制系统，所述温度控制系统包括温度控制器和设置在第一密闭间隙内的第一加热电阻丝，以及用于将220V交流电转换为第一加热电阻丝所需电压的第一电压调节器，所述温度控制器、第一电压调节器和第一加热电阻丝依次连接；所述气流控制系统包括空气压缩机和气流温度控制水箱，所述空气压缩机的输出端连接有伸入气流温度控制水箱内底部的第一输气管，所述第一输气管上设置有压力表、稳流阀和流量计，所述气流温度控制水箱上部连接有自第一密闭间隙上部进入第一密闭间隙，自第一密闭间隙下部穿入煤样支撑架与炉体底部之间的间隙内，再穿入煤样支撑架中间位置处上部的第二输气管，所述气流温度控制水箱内设置有第二加热电阻丝，所述温度控制器的输出端连接有用于将220V交流电转换为第二加热电阻丝所需电压的第二电压调节器；
所述温度监测系统包括监控计算机、数据采集模块、炉体温度监测传感器组和煤样温度监测传感器组，所述炉体温度监测传感器组由均匀设置在第一密闭间隙内中部的多个第一温度传感器组成，所述煤样温度监测传感器组由分布在多层十字形隔架上的多个第二温度传感器组成，多个第一温度传感器的输出端和多个第二温度传感器的输出端均与数据采集模块的输入端连接，所述数据采集模块和温度控制器均与监控计算机相接；
所述气体采集系统包括分布在多层十字形隔架上且伸出炉体外部的多根取气管，伸出炉体外部的一段取气管上设置有取气阀门。
上述的煤最短自然发火期与自然发火特性参数测试装置，其特征在于：所述炉体外轮廓的形状为圆柱形，所述煤样支撑架为圆盘状不锈钢架，所述十字形隔架由两根十字交叉连接的不锈钢筋构成，所述铜网的数量为一层或多层。
上述的煤最短自然发火期与自然发火特性参数测试装置，其特征在于：所述炉盖内部和卸煤盖内部均填充有隔热材料。
上述的煤最短自然发火期与自然发火特性参数测试装置，其特征在于：所述隔热材料为聚氨酯隔热材料。
上述的煤最短自然发火期与自然发火特性参数测试装置，其特征在于：位于煤样支撑架中间位置处上部的第二输气管0的端口上设置有防尘过滤器。
上述的煤最短自然发火期与自然发火特性参数测试装置，其特征在于：所述炉体侧壁的耐火砖层顶部设置有圆环状凹槽，所述炉盖卡合连接在圆环状凹槽内，所述圆环状凹槽内设置有用于密封炉体与炉盖的水。
上述的煤最短自然发火期与自然发火特性参数测试装置，其特征在于：所述第一温度传感器和第二温度传感器均为铂电阻温度传感器，所述第一温度传感器的数量为四个，每层所述十字形隔架上的第二温度传感器的布设方式相同且数量均为十三个，其中，所述十字形隔架的中心和四个端头各布设一个第二温度传感器，位于十字形隔架的中心和各个端头之间的十字形隔架上各均匀布设两个第二温度传感器。
上述的煤最短自然发火期与自然发火特性参数测试装置，其特征在于：每层十字形隔架上沿十字形隔架分布有四根取气管，四根取气管在炉体内部的端口分别位于十字形隔架的端头位置处、十字形隔架的中心以及十字形隔架的中心和端头之间布设两个第二温度传感器的位置处。
本发明还公开了一种方法步骤简单、实现方便、能够准确得到煤最短自然发火期及自然发火特性参数的煤最短自然发火期与自然发火特性参数测试方法，其特征在于该方法包括以下步骤：
步骤一、在井下采集煤样运至放置有煤最短自然发火期与自然发火特性参数测试装置的煤自然发火实验中心；
步骤二、检查所述测试炉、控制系统、温度监测系统和气体采集系统，确保其完好无故障；
步骤三、将卸煤盖封好在所述卸煤口上；
步骤四、在24小时内，对煤样进行破碎、称重、粒度分析后，打开炉盖，将煤样沿着炉体内壁东南西北四个方向倒入炉体内，并整平煤样顶部，保证煤样能够覆盖住最上一层的十字形隔架；
步骤五、盖上炉盖，将煤样顶部封严；
步骤六、将进水管连接到水源，打开进水阀门，向炉体的第一密闭间隙内注满水；
步骤七、装煤18～30小时后，启动所述温度控制器、第一电压调节器、第二电压调节器、空气压缩机、数据采集模块和监控计算机，第一加热电阻丝和第二加热电阻丝开始加热，空气压缩机产生的压缩空气经过稳流阀稳流后，经过第一输气管、流量计进入气流温度控制水箱内，再经过第二输气管进入炉体内部；
其中，对加热温度进行控制的方法为：多个第一温度传感器对第一密闭间隙内的温度进行实时检测并将检测到的信号实时输出给温度控制器，多个第二温度传感器对煤样不同位置处的温度进行实时检测并将检测到的信号实时输出给温度控制器，温度控制器将其接收到的多个第一温度传感器输出的温度和多个第二温度传感器输出的温度传输给监控计算机进行记录并显示，而且，温度控制器还将其接收到的同一时刻多个第一温度传感器的温度求平均，得到第一密闭间隙内的温度Ty，温度控制器还将其接收到的同一时刻布设在同一层十字形隔架上的多个第二温度传感器的温度求平均，得到各层十字形隔架处的煤样温度，选择出各层十字形隔架处的煤样温度中温度最高的，并将该层十字形隔架上的多个第二温度传感器检测到的温度最高的第二温度传感器安装点定义为煤样高温点，将煤样高温点的第二温度传感器检测到的温度定义为煤样高温点的温度Tc，将煤样高温点的温度Tc传输给监控计算机进行记录并显示，温度传感器控制第一电压调节器的输出电压和第二电压调节器的输出电压相等，并在第一密闭间隙内的温度Ty与煤样高温点的温度Tc的差值小于0.05℃～0.2℃时，减小第一电压调节器的输出电压和第二电压调节器的输出电压，在第一密闭间隙内的温度Ty与煤样高温点的温度Tc的差值大于0.05℃～0.2℃时，增大第一电压调节器的输出电压和第二电压调节器的输出电压，通过控制第一电压调节器的输出电压和第二电压调节器的输出电压，调节第一加热电阻丝的加热功率和第二加热电阻丝的加热功率，使第一密闭间隙内的温度Ty与煤样高温点的温度Tc的差值维持在0.05℃～0.2℃，直到第一密闭间隙内的温度Ty达到90℃～100℃后，温度传感器控制第一电压调节器的输出电压和第二电压调节器的输出电压相等并维持，使第一密闭间隙内的温度Ty维持在90℃～100℃；当煤样高温点的温度Tc达到170℃后，关闭第一电压调节器和第二电压调节器，第一加热电阻丝和第二加热电阻丝停止加热；
其中，对通气流量进行控制的方法为：调节稳流阀，并查看显示在流量计上的气体流量，使初始气体流量为28cm3/s；每次抽取气样后，根据煤样高温点处的气样中氧气浓度确定是否增加气体流量，当煤样高温点处的气样中氧气浓度小于5％时，调节稳流阀，并查看显示在流量计上的气体流量，使气体流量增加28cm3/s；否则，不增加气体流量；当煤样高温点的温度Tc达到170℃后，关闭空气压缩机，停止供气；
步骤八、在煤样高温点的温度Tc从25℃升高到120℃的过程中，每隔24小时，实验人员采用医用注射器管在多根取气管处各抽取气样一次；在煤样高温点的温度Tc从120℃升高到170℃的过程中，煤样高温点的温度Tc每升高10℃，实验人员采用医用注射器管在多根取气管处各抽取气样一次；每次取气结束后，将气样送至色谱分析实验室，采用色谱分析仪对气样进行色谱分析并记录气样成分数据；
步骤九、取气结束后，再次将进水管连接到水源，打开进水阀门，向炉体的第一密闭间隙内注入水，使第一密闭间隙内的热水逐渐从出水管流出，循环更换为冷水，用于冷却煤样；
步骤十、当煤样高温点的温度Tc与第一密闭间隙内的温度Ty相等后，关闭所述温度控制器、数据采集模块和监控计算机，将卸煤盖打开，将煤样从所述卸煤口卸出；
步骤十一、煤最短自然发火期确定：将煤样高温点的温度Tc从25℃升高到170℃的时间确定为煤最短自然发火期；
步骤十二、煤自然发火特性参数计算，具体过程为：
步骤1201、根据公式
计算最小浮煤厚度Hmin，其中，ρg为空气的密度，Cg为空气的比热容，Q为流量计检测到的气体流量，S为煤样的横截面积，λe为煤样等效导热系数，q0(Tc)为煤样的氧化放热强度且q0(Tc)采用热平衡计算法计算得到或采用化学键能守恒估算法估算得到；
步骤1202、根据公式计算下限氧浓度Cmin，其中，C0为标准氧浓度，取值为21％；h为煤样的高度；
步骤1203、根据公式计算上限通风强度
上述的方法，其特征在于：步骤1201中采用热平衡计算法计算得到煤样的氧化放热强度q0(Tc)的具体过程为：
步骤A、根据公式
计算得到煤样高温点处的煤样的氧化放热强度q(Tc)；其中，ρc为煤样的密度，Cc为煤样的比热容，ΔT为煤样高温点的温度Tc较前一次取气样时间该处的温度升高的温度，Δτ为取气样时间差，Q为流量计检测到的气体流量，S为煤样的横截面积，ρg为空气的密度，Cg为空气的比热容，Tc+1为煤样高温点所在的十字形隔架上一层的十字形隔架处的煤样温度，Tc′为煤样高温点所在的十字形隔架上除煤样高温点安装的第二温度传感器外的其余各个第二温度传感器检测到的温度的平均值，Tc-1为煤样高温点所在的十字形隔架下一层的十字形隔架处的煤样温度，zc为煤样高温点处煤样的高度，zc+1为煤样高温点所在的十字形隔架上一层的十字形隔架处的煤样高度，λe为煤样等效导热系数，r0为煤样高温点距离其所在的十字形隔架的中心点的距离，r1为煤样高温点所在的十字形隔架上除煤样高温点安装的第二温度传感器外的其余各个第二温度传感器所在安装点距离该十字形隔架的中心点的距离的平均值；
步骤B、根据公式q0(Tc)＝q(Tc)·C0/C计算得到煤样的氧化放热强度q0(Tc)，其中，C为煤样高温点处的氧浓度；C0为标准氧浓度，取值为21％；
步骤1201中采用化学键能守恒估算法估算得到煤样的氧化放热强度q0(Tc)的具体过程为：
步骤Ⅰ、根据公式计算得到煤样高温点处的煤样的氧化放热强度的上限qmax(Tc)；其中，为煤样高温点处煤样的CO产生率，且 为煤样高温点的温度Tc处的CO浓度，为煤样高温点所在的十字形隔架上一层的十字形隔架处的CO浓度，C为煤样高温点处的氧浓度，e为自然常数，Q为流量计检测到的气体流量，S为煤样的横截面积，z1为煤样高温点处的煤样高度，z2为煤样高温点所在的十字形隔架下一层的十字形隔架处的煤样高度；为煤样高温点的温度Tc处煤样的CO2产生率，且 为煤样高温点的温度Tc处的CO浓度，为位于煤样高温点的温度Tc处的十字形隔架上一层的十字形隔架处的CO浓度；V0(Tc)为煤样高温点处煤样的耗氧速度，且ΔHCO为煤样氧化生成CO的平均热效应且ΔHCO的取值为319.5×103J/mol，为煤样氧化生成CO2的平均热效应且的取值为446.7×103J/mol；
步骤Ⅱ、根据公式计算得到煤样高温点处的煤样的氧化放热强度的下限qmin(Tc)；其中，ΔHr为煤样对氧的化学吸附热且ΔHr的取值为58.8×103J/mol；
步骤Ⅲ、根据公式qmin(Tc)<q(Tc)<qmax(Tc)估算煤样高温点处的煤样的氧化放热强度q(Tc)；
步骤Ⅳ、根据公式q0(Tc)＝q(Tc)·C0/C计算得到煤样的氧化放热强度q0(Tc)，其中，C为煤样高温点处的氧浓度；C0为标准氧浓度，取值为21％。
本发明与现有技术相比具有以下优点：
1、本发明煤最短自然发火期与自然发火特性参数测试装置的结构紧凑，设计新颖合理，实现方便且成本低。
2、本发明煤最短自然发火期与自然发火特性参数测试装置的使用操作便捷，测试耗费的人力物力少。
3、本发明煤最短自然发火期与自然发火特性参数测试方法的方法步骤简单，实现方便。
4、本发明能够很好地反映煤自燃过程特性，能够准确得到煤最短自然发火期及自然发火特性参数，判定了煤样的自燃倾向性，为煤矿防灭火提供了坚实的基础。
5、本发明的实用性强，使用效果好，便于推广使用。
综上所述，本发明的设计新颖合理，实现方便且成本低，能够准确得到煤最短自然发火期及自然发火特性参数，判定了煤样的自燃倾向性，为煤矿防灭火提供了坚实的基础，实用性强，使用效果好，便于推广使用。
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
图1为本发明煤最短自然发火期与自然发火特性参数测试装置的结构示意图。
图2为图1的A-A剖视图。
图3为本发明监控计算机与其它各部分的连接关系示意图。
附图标记说明:
1—炉体； 1-1—耐火砖层； 1-2—第一碳钢层；
1-3—第二碳钢层； 1-4—不锈钢层； 1-5—第一密闭间隙；
1-6—第二密闭间隙； 2—炉盖； 3—隔热材料；
4—进水管； 5—进水阀门； 6—出水管；
7—煤样支撑架； 8—十字形隔架； 9—卸煤盖；
10—出气管； 11—温度控制器； 12—第一加热电阻丝；
13—第一电压调节器； 14—空气压缩机； 15—气流温度控制水箱；
16—第一输气管； 17—压力表； 18—稳流阀；
19—流量计； 20—第二输气管； 21—第二加热电阻丝；
22—第二电压调节器； 23—监控计算机； 24—数据采集模块；
25—第一温度传感器； 26—第二温度传感器； 27—取气管；
28—取气阀门； 29—铜网； 30—防尘过滤器；
31—圆环状凹槽。
具体实施方式
如图1、图2和图3所示，本发明的煤最短自然发火期与自然发火特性参数测试装置，包括测试炉、控制系统、温度监测系统和气体采集系统，所述测试炉包括中空设置的炉体1和密封连接在炉体1顶部的炉盖2，所述炉体1侧壁由从内到外依次设置的耐火砖层1-1、第一碳钢层1-2、第二碳钢层1-3和不锈钢层1-4组成，所述第一碳钢层1-2和第二碳钢层1-3在上下两端密闭组成了第一密闭间隙1-5，所述第一密闭间隙1-5的下部设置有穿出炉体1外即穿出第二碳钢层1-3和不锈钢层1-4外的进水管4，所述进水管4上连接有进水阀门5，所述第一密闭间隙1-5的上部设置有穿出炉体1外即不锈钢层1-4外的出水管6，所述第二碳钢层1-3和不锈钢层1-4在上下两端密闭组成了第二密闭间隙1-6，所述第二密闭间隙1-6中充填有隔热材料3，所述炉体1底部为耐火砖层1-1,所述炉体1底部上方设置有与炉体1内壁固定连接的煤样支撑架7，所述煤样支撑架7上铺设有铜网29，位于煤样支撑架7上方的炉体1内壁上均匀设置有多层十字形隔架8，所述炉体1下部设置有卸煤口，所述卸煤口上连接有卸煤盖9，所述炉盖2中心连接有用于伸入废气处理水槽中的出气管10；
所述控制系统包括温度控制系统和气流控制系统，所述温度控制系统包括温度控制器11和设置在第一密闭间隙1-5内的第一加热电阻丝12，以及用于将220V交流电转换为第一加热电阻丝12所需电压的第一电压调节器13，所述温度控制器11、第一电压调节器13和第一加热电阻丝12依次连接；所述气流控制系统包括空气压缩机14和气流温度控制水箱15，所述空气压缩机14的输出端连接有伸入气流温度控制水箱15内底部的第一输气管16，所述第一输气管16上设置有压力表17、稳流阀18和流量计19，所述气流温度控制水箱15上部连接有自第一密闭间隙1-5上部进入第一密闭间隙1-5，自第一密闭间隙1-5下部穿入煤样支撑架7与炉体1底部之间的间隙内，再穿入煤样支撑架7中间位置处上部的第二输气管20，所述气流温度控制水箱15内设置有第二加热电阻丝21，所述温度控制器11的输出端连接有用于将220V交流电转换为第二加热电阻丝21所需电压的第二电压调节器22；
所述温度监测系统包括监控计算机23、数据采集模块24、炉体温度监测传感器组和煤样温度监测传感器组，所述炉体温度监测传感器组由均匀设置在第一密闭间隙1-5内中部的多个第一温度传感器25组成，所述煤样温度监测传感器组由分布在多层十字形隔架8上的多个第二温度传感器26组成，多个第一温度传感器25的输出端和多个第二温度传感器26的输出端均与数据采集模块24的输入端连接，所述数据采集模块24和温度控制器11均与监控计算机23相接；
所述气体采集系统包括分布在多层十字形隔架8上且伸出炉体1外部的多根取气管27，伸出炉体1外部的一段取气管27上设置有取气阀门28。
具体实施时，在炉体1侧壁上开孔，供取气管27、第一温度传感器25的信号传输线和第二温度传感器26的信号传输线穿出，第一温度传感器25的信号传输线和第二温度传感器26的信号传输线上均套装有用于保护传输线的聚四氟乙烯管，第二温度传感器26与十字形隔架8、取气管27与十字形隔架8均采用玻璃纤维带进行包裹，炉体1侧壁上开的孔中空隙里填装防火棉，在炉体1内部的孔内侧采用水泥密封，在炉体1外部的孔外侧采用聚氨酯隔热材料密封。
具体实施时，所述出水管6、出气管10和第一输气管16均为橡胶管，所述第二输气管20为紫铜管。
本实施例中，所述炉体1外轮廓的形状为圆柱形，所述煤样支撑架7为圆盘状不锈钢架，所述十字形隔架8由两根十字交叉连接的不锈钢筋构成，所述铜网29的数量为一层或多层。所述铜网29用于使煤样透气。
本实施例中，所述炉盖2内部和卸煤盖9内部均填充有隔热材料3。具体实施时，所述炉盖2由碳钢制成。
本实施例中，所述隔热材料3为聚氨酯隔热材料。
本实施例中，位于煤样支撑架7中间位置处上部的第二输气管20的端口上设置有防尘过滤器30。
本实施例中，所述炉体1侧壁的耐火砖层1-1顶部设置有圆环状凹槽31，所述炉盖2卡合连接在圆环状凹槽31内，所述圆环状凹槽31内设置有用于密封炉体1与炉盖2的水。通过在所述圆环状凹槽31内设置水，能够将炉体1内腔与外部大气隔离，能够提高测试精度。
本实施例中，所述第一温度传感器25和第二温度传感器26均为铂电阻温度传感器，所述第一温度传感器25的数量为四个，每层所述十字形隔架8上的第二温度传感器26的布设方式相同且数量均为十三个，其中，所述十字形隔架8的中心和四个端头各布设一个第二温度传感器26，位于十字形隔架8的中心和各个端头之间的十字形隔架8上各均匀布设两个第二温度传感器26。这样，每层所述十字形隔架8上布设有十三个第二温度传感器26，其中，布设在十字形隔架8的四个端头上的四个第二温度传感器26是用于检测耐火砖层1-1内侧温度的。
本实施例中，每层十字形隔架8上沿十字形隔架8分布有四根取气管27，四根取气管27在炉体1内部的端口分别位于十字形隔架8的端头位置处、十字形隔架8的中心以及十字形隔架8的中心和端头之间布设两个第二温度传感器26的位置处。
本发明的煤最短自然发火期与自然发火特性参数测试方法，包括以下步骤：
步骤一、在井下采集煤样运至放置有煤最短自然发火期与自然发火特性参数测试装置的煤自然发火实验中心；
本实施例中，在井下采集2.5吨煤样运至放置有煤最短自然发火期与自然发火特性参数测试装置的煤自然发火实验中心，且严禁煤样淋水和淋雨，记录所采煤样的煤种、采样地点和方式，并尽快地安排实验，以免影响测试结果；
步骤二、检查所述测试炉、控制系统、温度监测系统和气体采集系统，确保其完好无故障；
步骤三、将卸煤盖9封好在所述卸煤口上；
步骤四、在24小时内，对煤样进行破碎、称重、粒度分析后，打开炉盖2，将煤样沿着炉体1内壁东南西北四个方向倒入炉体1内，并整平煤样顶部，保证煤样能够覆盖住最上一层的十字形隔架8；煤样的破碎、称重、粒度分析和装填在24小时内完成，能够避免煤样的预氧化影响实验结果；
步骤五、盖上炉盖2，将煤样顶部封严；
步骤六、将进水管4连接到水源，打开进水阀门5，向炉体1的第一密闭间隙1-5内注满水；
步骤七、装煤18～30小时后，启动所述温度控制器11、第一电压调节器13、第二电压调节器22、空气压缩机14、数据采集模块24和监控计算机23，第一加热电阻丝12和第二加热电阻丝21开始加热，空气压缩机14产生的压缩空气经过稳流阀18稳流后，经过第一输气管16、流量计19进入气流温度控制水箱15内，再经过第二输气管20进入炉体1内部；
其中，对加热温度进行控制的方法为：多个第一温度传感器25对第一密闭间隙1-5内的温度进行实时检测并将检测到的信号实时输出给温度控制器11，多个第二温度传感器26对煤样不同位置处的温度进行实时检测并将检测到的信号实时输出给温度控制器11，温度控制器11将其接收到的多个第一温度传感器25输出的温度和多个第二温度传感器26输出的温度传输给监控计算机23进行记录并显示，而且，温度控制器11还将其接收到的同一时刻多个第一温度传感器25的温度求平均，得到第一密闭间隙1-5内的温度Ty(单位为℃)，温度控制器11还将其接收到的同一时刻布设在同一层十字形隔架8上的多个第二温度传感器26的温度求平均，得到各层十字形隔架8处的煤样温度，选择出各层十字形隔架8处的煤样温度中温度最高的，并将该层十字形隔架8上的多个第二温度传感器26检测到的温度最高的第二温度传感器26安装点定义为煤样高温点，将煤样高温点的第二温度传感器26检测到的温度定义为煤样高温点的温度Tc(单位为℃)，将煤样高温点的温度Tc传输给监控计算机23进行记录并显示，温度传感器控制第一电压调节器13的输出电压和第二电压调节器22的输出电压相等，并在第一密闭间隙1-5内的温度Ty与煤样高温点的温度Tc的差值小于0.05℃～0.2℃时，减小第一电压调节器13的输出电压和第二电压调节器22的输出电压，在第一密闭间隙1-5内的温度Ty与煤样高温点的温度Tc的差值大于0.05℃～0.2℃时，增大第一电压调节器13的输出电压和第二电压调节器22的输出电压，通过控制第一电压调节器13的输出电压和第二电压调节器22的输出电压，调节第一加热电阻丝12的加热功率和第二加热电阻丝21的加热功率，使第一密闭间隙1-5内的温度Ty与煤样高温点的温度Tc的差值维持在0.05℃～0.2℃，直到第一密闭间隙1-5内的温度Ty达到90℃～100℃后，温度传感器控制第一电压调节器13的输出电压和第二电压调节器22的输出电压相等并维持，使第一密闭间隙1-5内的温度Ty维持在90℃～100℃；当煤样高温点的温度Tc达到170℃后，关闭第一电压调节器13和第二电压调节器22，第一加热电阻丝12和第二加热电阻丝21停止加热；
其中，对通气流量进行控制的方法为：调节稳流阀18，并查看显示在流量计19上的气体流量，使初始气体流量为28cm3/s；每次抽取气样后，根据煤样高温点处的气样中氧气浓度确定是否增加气体流量，当煤样高温点处的气样中氧气浓度小于5％时，调节稳流阀18，并查看显示在流量计19上的气体流量，使气体流量增加28cm3/s；否则，不增加气体流量；当煤样高温点的温度Tc达到170℃后，关闭空气压缩机14，停止供气；
步骤八、在煤样高温点的温度Tc从25℃升高到120℃的过程中，每隔24小时，实验人员采用医用注射器管在多根取气管27处各抽取气样一次；在煤样高温点的温度Tc从120℃升高到170℃的过程中，煤样高温点的温度Tc每升高10℃，实验人员采用医用注射器管在多根取气管27处各抽取气样一次；每次取气结束后，将气样送至色谱分析实验室，采用色谱分析仪对气样进行色谱分析并记录气样成分数据；具体实施时，每隔24小时取气样时，选择每天中午12点取气样；另外，在每次取样前，填写实验日志、色谱分析数据记录表包括取气样时间、煤样高温点的温度Tc、第一密闭间隙1-5内的温度Ty和流量计19显示的气体流量，取气样过程中的取气样速度缓慢均匀，在实验开始的第一周内，舍弃每根取气管27处的前两管气样而取第三管气样，之后舍弃每根取气管27处的第一管气样而取第二管气样；
步骤九、取气结束后，再次将进水管4连接到水源，打开进水阀门5，向炉体1的第一密闭间隙1-5内注入水，使第一密闭间隙1-5内的热水逐渐从出水管6流出，循环更换为冷水，用于冷却煤样；
步骤十、当煤样高温点的温度Tc与第一密闭间隙1-5内的温度Ty相等后，关闭所述温度控制器11、数据采集模块24和监控计算机23，将卸煤盖9打开，将煤样从所述卸煤口卸出；
步骤十一、煤最短自然发火期确定：将煤样高温点的温度Tc从25℃升高到170℃的时间确定为煤最短自然发火期；具体实施时，精确到天；
步骤十二、煤自然发火特性参数计算，具体过程为：
步骤1201、根据公式
计算最小浮煤厚度Hmin，其中，ρg为空气的密度(单位为g/cm3)，Cg为空气的比热容(单位为J/(g·℃))，Q为流量计19检测到的气体流量(单位为cm3/s)，S为煤样的横截面积(单位为cm2)，λe为煤样等效导热系数(单位为J/(cm·s·℃)，q0(Tc)为煤样的氧化放热强度(单位为J/(s·cm3))且q0(Tc)采用热平衡计算法计算得到或采用化学键能守恒估算法估算得到；
步骤1202、根据公式计算下限氧浓度Cmin，其中，C0为标准氧浓度，取值为21％；h为煤样的高度(单位为cm)；
步骤1203、根据公式计算上限通风强度
本实施例中，步骤1201中采用热平衡计算法计算得到煤样的氧化放热强度q0(Tc)的具体过程为：
步骤A、根据公式
计算得到煤样高温点处的煤样的氧化放热强度q(Tc)(单位为J/(s·cm3))；其中，ρc为煤样的密度(单位为g/cm3)，Cc为煤样的比热容(单位为J/(g·℃))，ΔT为煤样高温点的温度Tc较前一次取气样时间该处的温度升高的温度(单位为℃)，Δτ为取气样时间差(单位为s)，Q为流量计19检测到的气体流量(单位为cm3/s)，S为煤样的横截面积(单位为cm2)，ρg为空气的密度(单位为g/cm3)，Cg为空气的比热容(单位为J/(g·℃))，Tc+1为煤样高温点所在的十字形隔架8上一层的十字形隔架8处的煤样温度(单位为℃)，Tc′为煤样高温点所在的十字形隔架8上除煤样高温点安装的第二温度传感器26外的其余各个第二温度传感器26检测到的温度的平均值(单位为℃)，Tc-1为煤样高温点所在的十字形隔架8下一层的十字形隔架8处的煤样温度(单位为℃)，zc为煤样高温点处煤样的高度(单位为cm)，zc+1为煤样高温点所在的十字形隔架8上一层的十字形隔架8处的煤样高度(单位为cm)，λe为煤样等效导热系数(单位为J/(cm·s·℃)，r0为煤样高温点距离其所在的十字形隔架8的中心点的距离(单位为cm)，r1为煤样高温点所在的十字形隔架8上除煤样高温点安装的第二温度传感器26外的其余各个第二温度传感器26所在安装点距离该十字形隔架8的中心点的距离的平均值(单位为cm)；
步骤B、根据公式q0(Tc)＝q(Tc)·C0/C计算得到煤样的氧化放热强度q0(Tc)(单位为J/(s·cm3))，其中，C为煤样高温点处的氧浓度；C0为标准氧浓度，取值为21％；具体实施时，C根据步骤八中记录的气样成分数据获得；
步骤1201中采用化学键能守恒估算法估算得到煤样的氧化放热强度q0(Tc)的具体过程为：
步骤Ⅰ、根据公式计算得到煤样高温点处的煤样的氧化放热强度的上限qmax(Tc)(单位为J/(s·cm3))；其中，为煤样高温点处煤样的CO产生率(单位为mol/(s·cm3))，且 为煤样高温点的温度Tc处的CO浓度，为煤样高温点所在的十字形隔架8上一层的十字形隔架8处的CO浓度，C为煤样高温点处的氧浓度，e为自然常数，Q为流量计19检测到的气体流量(单位为cm3/s)，S为煤样的横截面积(单位为cm2)，z1为煤样高温点处的煤样高度，z2为煤样高温点所在的十字形隔架(8)下一层的十字形隔架(8)处的煤样高度；为煤样高温点的温度Tc处煤样的CO2产生率(单位为mol/(s.cm3))，且 为煤样高温点的温度Tc处的CO浓度，为位于煤样高温点的温度Tc处的十字形隔架8上一层的十字形隔架8处的CO浓度；V0(Tc)为煤样高温点处煤样的耗氧速度(单位为mol/(s·cm3))，且ΔHCO为煤样氧化生成CO的平均热效应且ΔHCO的取值为319.5×103J/mol，为煤样氧化生成CO2的平均热效应且的取值为446.7×103J/mol；
步骤Ⅱ、根据公式计算得到煤样高温点处的煤样的氧化放热强度的下限qmin(Tc)(单位为J/(s·cm3))；其中，ΔHr为煤样对氧的化学吸附热且ΔHr的取值为58.8×103J/mol；
步骤Ⅲ、根据公式qmin(Tc)<q(Tc)<qmax(Tc)估算煤样高温点处的煤样的氧化放热强度q(Tc)(单位为J/(s·cm3))；
步骤Ⅳ、根据公式q0(Tc)＝q(Tc)·C0/C计算得到煤样的氧化放热强度q0(Tc)(单位为J/(s·cm3))，其中，C为煤样高温点处的氧浓度；C0为标准氧浓度，取值为21％。具体实施时，C根据步骤八中记录的气样成分数据获得。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。

Claims (10)

1.一种煤最短自然发火期与自然发火特性参数测试装置，包括测试炉、控制系统、温度监测系统和气体采集系统，其特征在于：所述测试炉包括中空设置的炉体(1)和密封连接在炉体(1)顶部的炉盖(2)，所述炉体(1)侧壁由从内到外依次设置的耐火砖层(1-1)、第一碳钢层(1-2)、第二碳钢层(1-3)和不锈钢层(1-4)组成，所述第一碳钢层(1-2)和第二碳钢层(1-3)在上下两端密闭组成了第一密闭间隙(1-5)，所述第一密闭间隙(1-5)的下部设置有穿出炉体(1)外的进水管(4)，所述进水管(4)上连接有进水阀门(5)，所述第一密闭间隙(1-5)的上部设置有穿出炉体(1)外的出水管(6)，所述第二碳钢层(1-3)和不锈钢层(1-4)在上下两端密闭组成了第二密闭间隙(1-6)，所述第二密闭间隙(1-6)中充填有隔热材料(3)，所述炉体(1)底部为耐火砖层(1-1),所述炉体(1)底部上方设置有与炉体(1)内壁固定连接的煤样支撑架(7)，所述煤样支撑架(7)上铺设有铜网(29)，位于煤样支撑架(7)上方的炉体(1)内壁上均匀设置有多层十字形隔架(8)，所述炉体(1)下部设置有卸煤口，所述卸煤口上连接有卸煤盖(9)，所述炉盖(2)中心连接有用于伸入废气处理水槽中的出气管(10)；
所述控制系统包括温度控制系统和气流控制系统，所述温度控制系统包括温度控制器(11)和设置在第一密闭间隙(1-5)内的第一加热电阻丝(12)，以及用于将220V交流电转换为第一加热电阻丝(12)所需电压的第一电压调节器(13)，所述温度控制器(11)、第一电压调节器(13)和第一加热电阻丝(12)依次连接；所述气流控制系统包括空气压缩机(14)和气流温度控制水箱(15)，所述空气压缩机(14)的输出端连接有伸入气流温度控制水箱(15)内底部的第一输气管(16)，所述第一输气管(16)上设置有压力表(17)、稳流阀(18)和流量计(19)，所述气流温度控制水箱(15)上部连接有自第一密闭间隙(1-5)上部进入第一密闭间隙(1-5)，自第一密闭间隙(1-5)下部穿入煤样支撑架(7)与炉体(1)底部之间的间隙内，再穿入煤样支撑架(7)中间位置处上部的第二输气管(20)，所述气流温度控制水箱(15)内设置有第二加热电阻丝(21)，所述温度控制器(11)的输出端连接有用于将220V交流电转换为第二加热电阻丝(21)所需电压的第二电压调节器(22)；
所述温度监测系统包括监控计算机(23)、数据采集模块(24)、炉体温度监测传感器组和煤样温度监测传感器组，所述炉体温度监测传感器组由均匀设置在第一密闭间隙(1-5)内中部的多个第一温度传感器(25)组成，所述煤样温度监测传感器组由分布在多层十字形隔架(8)上的多个第二温度传感器(26)组成，多个第一温度传感器(25)的输出端和多个第二温度传感器(26)的输出端均与数据采集模块(24)的输入端连接，所述数据采集模块(24)和温度控制器(11)均与监控计算机(23)相接；
所述气体采集系统包括分布在多层十字形隔架(8)上且伸出炉体(1)外部的多根取气管(27)，伸出炉体(1)外部的一段取气管(27)上设置有取气阀门(28)。
2.按照权利要求1所述的煤最短自然发火期与自然发火特性参数测试装置，其特征在于：所述炉体(1)外轮廓的形状为圆柱形，所述煤样支撑架(7)为圆盘状不锈钢架，所述十字形隔架(8)由两根十字交叉连接的不锈钢筋构成，所述铜网(29)的数量为一层或多层。
3.按照权利要求1所述的煤最短自然发火期与自然发火特性参数测试装置，其特征在于：所述炉盖(2)内部和卸煤盖(9)内部均填充有隔热材料(3)。
4.按照权利要求3所述的煤最短自然发火期与自然发火特性参数测试装置，其特征在于：所述隔热材料(3)为聚氨酯隔热材料。
5.按照权利要求1所述的煤最短自然发火期与自然发火特性参数测试装置，其特征在于：位于煤样支撑架(7)中间位置处上部的第二输气管(20)的端口上设置有防尘过滤器(30)。
6.按照权利要求1所述的煤最短自然发火期与自然发火特性参数测试装置，其特征在于：所述炉体(1)侧壁的耐火砖层(1-1)顶部设置有圆环状凹槽(31)，所述炉盖(2)卡合连接在圆环状凹槽(31)内，所述圆环状凹槽(31)内设置有用于密封炉体(1)与炉盖(2)的水。
7.按照权利要求3所述的煤最短自然发火期与自然发火特性参数测试装置，其特征在于：所述第一温度传感器(25)和第二温度传感器(26)均为铂电阻温度传感器，所述第一温度传感器(25)的数量为四个，每层所述十字形隔架(8)上的第二温度传感器(26)的布设方式相同且数量均为十三个，其中，所述十字形隔架(8)的中心和四个端头各布设一个第二温度传感器(26)，位于十字形隔架(8)的中心和各个端头之间的十字形隔架(8)上各均匀布设两个第二温度传感器(26)。
8.按照权利要求7所述的煤最短自然发火期与自然发火特性参数测试装置，其特征在于：每层十字形隔架(8)上沿十字形隔架(8)分布有四根取气管(27)，四根取气管(27)在炉体(1)内部的端口分别位于十字形隔架(8)的端头位置处、十字形隔架(8)的中心以及十字形隔架(8)的中心和端头之间布设两个第二温度传感器(26)的位置处。
9.一种采用如权利要求1所述的测试装置进行煤最短自然发火期与自然发火特性参数测试的方法，其特征在于该方法包括以下步骤：
步骤一、在井下采集煤样运至放置有煤最短自然发火期与自然发火特性参数测试装置的煤自然发火实验中心；
步骤二、检查所述测试炉、控制系统、温度监测系统和气体采集系统，确保其完好无故障；
步骤三、将卸煤盖(9)封好在所述卸煤口上；
步骤四、在24小时内，对煤样进行破碎、称重、粒度分析后，打开炉盖(2)，将煤样沿着炉体(1)内壁东南西北四个方向倒入炉体(1)内，并整平煤样顶部，保证煤样能够覆盖住最上一层的十字形隔架(8)；
步骤五、盖上炉盖(2)，将煤样顶部封严；
步骤六、将进水管(4)连接到水源，打开进水阀门(5)，向炉体(1)的第一密闭间隙(1-5)内注满水；
步骤七、装煤18～30小时后，启动所述温度控制器(11)、第一电压调节器(13)、第二电压调节器(22)、空气压缩机(14)、数据采集模块(24)和监控计算机(23)，第一加热电阻丝(12)和第二加热电阻丝(21)开始加热，空气压缩机(14)产生的压缩空气经过稳流阀(18)稳流后，经过第一输气管(16)、流量计(19)进入气流温度控制水箱(15)内，再经过第二输气管(20)进入炉体(1)内部；
其中，对加热温度进行控制的方法为：多个第一温度传感器(25)对第一密闭间隙(1-5)内的温度进行实时检测并将检测到的信号实时输出给温度控制器(11)，多个第二温度传感器(26)对煤样不同位置处的温度进行实时检测并将检测到的信号实时输出给温度控制器(11)，温度控制器(11)将其接收到的多个第一温度传感器(25)输出的温度和多个第二温度传感器(26)输出的温度传输给监控计算机(23)进行记录并显示，而且，温度控制器(11)还将其接收到的同一时刻多个第一温度传感器(25)的温度求平均，得到第一密闭间隙(1-5)内的温度Ty，温度控制器(11)还将其接收到的同一时刻布设在同一层十字形隔架(8)上的多个第二温度传感器(26)的温度求平均，得到各层十字形隔架(8)处的煤样温度，选择出各层十字形隔架(8)处的煤样温度中温度最高的，并将该层十字形隔架(8)上的多个第二温度传感器(26)检测到的温度最高的第二温度传感器(26)安装点定义为煤样高温点，将煤样高温点的第二温度传感器(26)检测到的温度定义为煤样高温点的温度Tc，将煤样高温点的温度Tc传输给监控计算机(23)进行记录并显示，温度传感器控制第一电压调节器(13)的输出电压和第二电压调节器(22)的输出电压相等，并在第一密闭间隙(1-5)内的温度Ty与煤样高温点的温度Tc的差值小于0.05℃～0.2℃时，减小第一电压调节器(13)的输出电压和第二电压调节器(22)的输出电压，在第一密闭间隙(1-5)内的温度Ty与煤样高温点的温度Tc的差值大于0.05℃～0.2℃时，增大第一电压调节器(13)的输出电压和第二电压调节器(22)的输出电压，通过控制第一电压调节器(13)的输出电压和第二电压调节器(22)的输出电压，调节第一加热电阻丝(12)的加热功率和第二加热电阻丝(21)的加热功率，使第一密闭间隙(1-5)内的温度Ty与煤样高温点的温度Tc的差值维持在0.05℃～0.2℃，直到第一密闭间隙(1-5)内的温度Ty达到90℃～100℃后，温度传感器控制第一电压调节器(13)的输出电压和第二电压调节器(22)的输出电压相等并维持，使第一密闭间隙(1-5)内的温度Ty维持在90℃～100℃；当煤样高温点的温度Tc达到170℃后，关闭第一电压调节器(13)和第二电压调节器(22)，第一加热电阻丝(12)和第二加热电阻丝(21)停止加热；
其中，对通气流量进行控制的方法为：调节稳流阀(18)，并查看显示在流量计(19)上的气体流量，使初始气体流量为28cm3/s；每次抽取气样后，根据煤样高温点处的气样中氧气浓度确定是否增加气体流量，当煤样高温点处的气样中氧气浓度小于5％时，调节稳流阀(18)，并查看显示在流量计(19)上的气体流量，使气体流量增加28cm3/s；否则，不增加气体流量；当煤样高温点的温度Tc达到170℃后，关闭空气压缩机(14)，停止供气；
步骤八、在煤样高温点的温度Tc从25℃升高到120℃的过程中，每隔24小时，实验人员采用医用注射器管在多根取气管(27)处各抽取气样一次；在煤样高温点的温度Tc从120℃升高到170℃的过程中，煤样高温点的温度Tc每升高10℃，实验人员采用医用注射器管在多根取气管(27)处各抽取气样一次；每次取气结束后，将气样送至色谱分析实验室，采用色谱分析仪对气样进行色谱分析并记录气样成分数据；
步骤九、取气结束后，再次将进水管(4)连接到水源，打开进水阀门(5)，向炉体(1)的第一密闭间隙(1-5)内注入水，使第一密闭间隙(1-5)内的热水逐渐从出水管(6)流出，循环更换为冷水，用于冷却煤样；
步骤十、当煤样高温点的温度Tc与第一密闭间隙(1-5)内的温度Ty相等后，关闭所述温度控制器(11)、数据采集模块(24)和监控计算机(23)，将卸煤盖(9)打开，将煤样从所述卸煤口卸出；
步骤十一、煤最短自然发火期确定：将煤样高温点的温度Tc从25℃升高到170℃的时间确定为煤最短自然发火期；
步骤十二、煤自然发火特性参数计算，具体过程为：
步骤1201、根据公式
计算最小浮煤厚度Hmin，其中，ρg为空气的密度，Cg为空气的比热容，Q为流量计(19)检测到的气体流量，S为煤样的横截面积，λe为煤样等效导热系数，q0(Tc)为煤样的氧化放热强度且q0(Tc)采用热平衡计算法计算得到或采用化学键能守恒估算法估算得到；
步骤1202、根据公式计算下限氧浓度Cmin，其中，C0为标准氧浓度，取值为21％；h为煤样的高度；
步骤1203、根据公式计算上限通风强度
10.按照权利要求9所述的方法，其特征在于：步骤1201中采用热平衡计算法计算得到煤样的氧化放热强度q0(Tc)的具体过程为：
步骤A、根据公式
计算得到煤样高温点处的煤样的氧化放热强度q(Tc)；其中，ρc为煤样的密度，Cc为煤样的比热容，ΔT为煤样高温点的温度Tc较前一次取气样时间该处的温度升高的温度，Δτ为取气样时间差，Q为流量计(19)检测到的气体流量，S为煤样的横截面积，ρg为空气的密度，Cg为空气的比热容，Tc+1为煤样高温点所在的十字形隔架(8)上一层的十字形隔架(8)处的煤样温度，Tc′为煤样高温点所在的十字形隔架(8)上除煤样高温点安装的第二温度传感器(26)外的其余各个第二温度传感器(26)检测到的温度的平均值，Tc-1为煤样高温点所在的十字形隔架(8)下一层的十字形隔架(8)处的煤样温度，zc为煤样高温点处煤样的高度，zc+1为煤样高温点所在的十字形隔架(8)上一层的十字形隔架(8)处的煤样高度，λe为煤样等效导热系数，r0为煤样高温点距离其所在的十字形隔架(8)的中心点的距离，r1为煤样高温点所在的十字形隔架(8)上除煤样高温点安装的第二温度传感器(26)外的其余各个第二温度传感器(26)所在安装点距离该十字形隔架(8)的中心点的距离的平均值；
步骤B、根据公式q0(Tc)＝q(Tc)·C0/C计算得到煤样的氧化放热强度q0(Tc)，其中，C为煤样高温点处的氧浓度；C0为标准氧浓度，取值为21％；
步骤1201中采用化学键能守恒估算法估算得到煤样的氧化放热强度q0(Tc)的具体过程为：
步骤Ⅰ、根据公式计算得到煤样高温点处的煤样的氧化放热强度的上限qmax(Tc)；其中，为煤样高温点处煤样的CO产生率，且 为煤样高温点的温度Tc处的CO浓度，为煤样高温点所在的十字形隔架(8)上一层的十字形隔架(8)处的CO浓度，C为煤样高温点处的氧浓度，e为自然常数，Q为流量计(19)检测到的气体流量，S为煤样的横截面积，z1为煤样高温点处的煤样高度，z2为煤样高温点所在的十字形隔架(8)下一层的十字形隔架(8)处的煤样高度；为煤样高温点的温度Tc处煤样的CO2产生率，且 为煤样高温点的温度Tc处的CO浓度，为位于煤样高温点的温度Tc处的十字形隔架(8)上一层的十字形隔架(8)处的CO浓度；V0(Tc)为煤样高温点处煤样的耗氧速度，且ΔHCO为煤样氧化生成CO的平均热效应且ΔHCO的取值为319.5×103J/mol，为煤样氧化生成CO2的平均热效应且的取值为446.7×103J/mol；
步骤Ⅱ、根据公式计算得到煤样高温点处的煤样的氧化放热强度的下限qmin(Tc)；其中，ΔHr为煤样对氧的化学吸附热且ΔHr的取值为58.8×103J/mol；
步骤Ⅲ、根据公式qmin(Tc)＜q(Tc)＜qmax(Tc)估算煤样高温点处的煤样的氧化放热强度q(Tc)；
步骤Ⅳ、根据公式q0(Tc)＝q(Tc)·C0/C计算得到煤样的氧化放热强度q0(Tc)，其中，C为煤样高温点处的氧浓度；C0为标准氧浓度，取值为21％。
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