煤层自燃一般要经过三个时期，即准备时期，又称潜伏期、自热期、燃烧期。
1.潜伏时期。煤自燃的潜伏时期即煤的低温氧化过程，潜伏时期即准备阶段的长短取决于煤的变质程度和外部条件，如褐煤几乎没有准备时期，而烟煤则需要一个相当长的准备时期;
2.自热期。经过潜伏期，煤的氧化速度增加，不稳定的氧化物先后分解成水、二氧化碳和一氧化碳。氧化产生的热量使煤的温度上升，当温度超过临界温度T=60～80℃时，煤的温度急剧增加，氧化加剧，煤开始出现矸馏，生成碳氢化合物、氢气、一氧化碳、二氧化碳等火灾气体，煤呈赤热状态，当到达着火温度以上时便燃着;
3.燃烧期。这一时期是煤从低温氧化发展成自燃的最后的一个阶段。主要特征是：空气中氧含量显著减少，二氧化碳的数量倍增，同时由于燃烧不完全和二氧化碳的分解，而产生较多的一氧化碳，巷道中出现浓烈的火灾气味和烟雾，有时还出现明火，火源温度达到1000℃左右。
凡出现下列情况之一者，该煤层即定为自然发火煤层：
1.煤炭自燃引起明火;
2.煤炭自燃产生烟雾;
3.煤炭自燃产生煤油味;
4.在采空区或风流中出现CO，其浓度超过矿井实际统计的临界指标，并有上升趋势;
5.空气、煤炭、围岩及其他介质温度升高，并超过70℃;
6.采空区、高冒顶或巷道中出现乙烯(C2H4)、乙炔(C2H2)。
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