方熙杨， 姚海飞,2,3

(1.中国矿业大学(北京) 应急管理与安全工程学院， 北京 100083；2.煤炭科学技术研究院有限公司 安全分院， 北京 100013；3.煤炭资源高效开采与洁净利用国家重点实验室， 北京 100013)

0 引言

松散煤体中的氧气是煤体发生氧化的关键因素之一，也是煤矿井下煤自然发火的主要原因之一。根据煤氧复合作用学说的观点，煤自燃过程分为物理吸附、化学吸附和化学反应3个阶段[1]。在松散煤体自然发火过程中，煤对氧气的物理吸附是煤发生氧化的第一步。在进行物理吸附时，氧气在煤体表面处于吸附-解吸动态平衡状态，煤体表面的活性基团和氧气结合后，煤体裂隙中游离的氧气在吸附位进行补偿，使得煤氧之间不间断地发生化学反应。煤自燃发生的主要条件[2]：具有自燃倾向性的煤炭；呈一定厚度的破碎状堆积，有连续的供氧条件；热量易于积聚。为防止煤自燃，可从破坏煤自燃发生条件出发，如将惰气注入煤体，驱替煤体中的氧气，从而使供氧无法继续。

为揭示不同惰气预防煤自燃的效果及阻燃规律，本文通过开展惰气等温动态驱替不同粒径煤体中氧气实验，分析惰气驱替出氧气浓度、驱替时间、驱替量及驱替速率等表征驱替过程的参数，可为惰气防灭火工程设计中参数优化提供理论指导。

1 实验原理及设备

1.1 实验原理

煤是一种天然的吸附剂，煤体内部的孔隙十分发达，众多孔隙使得煤的表面积巨大，吸附能力很强[3-4]。然而，在相同浓度、流量、压力等条件下，煤对不同气体的吸附能力不一样。……