煤层自然发火指标气体研究

为研究石港煤矿14#,15#煤层煤自燃进程的标志气体,在实验室开展煤氧化升温气体产物的测定实验,主要检测了煤样在氧化升温条件下各种气体组分的发生浓度,对产生气体量随温度的变化曲线进行了深入细致的研究。根据各种气体组分的发生量及最低检测温度,确定了石港煤矿14#,15#煤层的煤自燃预测预报标志气体和煤自燃标志气体生成量的拟合曲线,为该矿煤自燃火灾的预测预报提供了实验依据。     

矿井自燃火灾指标气体氢气演化规律的研究进展及展望

矿井自燃火灾发展过程中释放的H_2很有希望作为一种指标气体,协同其他指标气体进行矿井火灾早期预测预报。同时在煤自热过程中生成的H_2,会降低甲烷的爆炸下限,加剧甲烷的爆炸威力,对煤矿开采和储运造成威胁。因此很有必要开展矿井自燃火灾指标气体氢气演化规律的研究。本文对目前国内外有关煤自燃过程中氢气生成研究进展进行综述,主要包括:氢气释放的理论基础,主要研究方法,生成的影响因素和宏观特性以及生成机理,最后对未来研究方向进行展望。     

煤低温氧化过程中自由基浓度与气体产物之间的关系

利用煤低温氧化装置和顺磁共振实验,研究了褐煤、气煤、气肥煤和无烟煤在不同氧化温度下气体及自由基的变化规律,宏观和微观相结合来揭示煤自热低温氧化规律。研究结果表明：煤低温氧化过程中,煤被氧化分子侧链断裂,产生气体与自由基,生成的CO,C 2H 4标志性气体生成量随温度增加而增加,相应地自由基浓度也随氧化温度的增加而增加。煤被氧化生成CO,C 2H 4标志气体量与自由基浓度呈阶段性规律：低温氧化蓄热阶段,CO气体生成量小或未出现CO气体,此时自由基浓度变化小;从开始出现CO至出现C 2H 4气体的氧化自热阶段,CO生成量随氧化温度缓慢增加,而自由基浓度也逐步增加;从出现C 2H 4至出现H 2气体的深度氧化阶段,CO和C 2H 4生成量随氧化温度增加而快速增加,自由基浓度随氧化温度增加而增幅变小。     

煤顶底板破碎岩体对CO_2气体吸附特性的实验研究

为揭示煤和页岩吸附CO2气体的特性,在理论上分析了煤和页岩吸附CO2气体的机理和影响其吸附特性的重要因素,应用WY-98A型吸附常数测定仪对煤和页岩对CO2气体的吸附情况进行研究,通过分析实验数据总结煤和页岩样吸附CO2气体的特性,并分别分析了其对CO2气体吸附特性的变化规律,采取了4种经典的吸附模型模拟了煤和页岩对CO2气体的吸附情况,归纳出最佳的描述煤、页岩吸附CO2气体的模型;最后,详细计算了南阳坡和陈四楼以及红庙3个煤矿1 t煤和1 t页岩可吸附CO2的量。研究表明:Dubinin-Astakhov(D-A)方程更适合描述煤和页岩吸附CO2气体的行为。     

煤自燃特性的油浴程序升温实验研究

煤自燃严重威胁着煤矿的安全生产,研究煤的自燃特性,掌握煤自然发火规律,对预测和预防煤层自燃火灾具有重要的理论指导意义。采用油浴程序升温实验系统,分别对亭南煤矿和白胶煤矿不同粒度煤样进行程序升温实验,根据煤样氧化后出口气体浓度的变化分析,得出了不同煤样的耗氧速率、放热强度、气体产生速率等参数和与煤样温度的对应变化关系。通过分析计算,确定出了亭南煤样和白胶煤样的自燃临界温度,最后得出了煤样粒度对自燃临界温度的影响关系。     

预报煤自燃的气体指标优选试验研究

通过煤自燃程序升温试验对峁底煤矿预报煤自燃气体指标进行试验研究,利用试验得到煤氧化热解过程中各阶段的气体组分和浓度,通过格氏火灾系数和链烷比等方法对试验所得数据进行处理分析,依据指标气体优选原则,选取CO浓度、第二火灾系数R2、链烷比φ(C2H6)/φ(CH4)作为判断峁底煤矿煤自燃的主要气体指标;以CH4浓度、C2H4浓度、C2H6浓度、第一火灾系数R1和第三火灾系数R3以及烯烷比作为辅助气体指标;峁底煤矿煤样的自燃临界温度为60~70℃,干裂温度为110~130℃。该方法对于快速有效判断煤炭自燃阶段和程度,预测预报煤层自燃有一定的指导作用。     

基于孔容和内比表面积分析的焦煤孔隙结构性差异研究

为探究煤的吸附孔结构对瓦斯放散特性影响机理,选择原相煤矿02、2号煤层原生煤及碎粒煤煤样,进行压汞法及低温氮吸附试验,来获得煤的孔容、比表面积等重要孔隙结构信息,并为确定工作面预测的煤层发生煤与瓦斯突出敏感指标、临界值和判定工作面突出危险性提供主要依据。     

煤的孔隙结构与煤层瓦斯动力特性的关系

本文根据苏联、英国关于煤及共生岩层的孔隙结构、吸附能力、吸附动力特性的物理化学研究的最新观点对煤及共生岩层甲烷涌出过程进行了解释。通过实验室及现场研究对煤层的地质环境特别是地质构造破坏程度、成灰物质分布对煤及共生岩层的瓦斯动力特性的影响进行了考察。同时,对伴随瓦斯涌出而产生的温度效应也进行了讨论。实验结果表明:试样中的灰分含量决定试样的吸附能力,甲烷涌出速度取决于试样中单位体积大孔隙数量及其分布。证实了用未配对电子浓度(顺磁中心)表示的煤分子破坏程度与煤的吸附动力特性存在密切的关系。同时表明:试样的这些特征与深孔甲烷涌出速度、煤层钻孔孔壁温降等现象有关。当煤层垂直方向、水平方向的地质构造变化时,在短距离内煤层的上述特性会出现较大变化,因而,它们可以用来确定破坏区内煤层突出危险性及瓦斯涌出量大小。     

煤泥水中煤与不同矿物相互作用的模拟研究

矿物界面间相互作用机理的研究对解决浮选提质增效与煤泥水难处理问题具有重要的理论指导意义,为探索煤泥水中煤与不同矿物之间的相互作用机理,本文采用分子动力学方法模拟研究水溶液中Wiser煤模型~([1])在石英、高岭石、蒙脱石矿物颗粒表面的相互作用行为,通过对煤分子与不同矿物间相互作用运动过程分析可知,煤泥水中石英、高岭石、蒙脱石矿物的存在,使得具有疏水性的煤分子容易吸附于矿物表面,黏土矿物对煤的吸附强度强于石英矿物。对吸附稳定的煤分子平衡构型进行浓度分布曲线分析可知,煤分子中的苯环与含氧官能团更容易吸附在矿物表面,烷基等官能团则远离矿物表面。     

基于分子模拟的煤中甲烷吸附扩散行为研究现状及展望

煤层中甲烷既是一种优质清洁能源,又是一种矿井灾害源.由于煤分子结构复杂,实验方法难以表征煤中分子微小尺度的吸附扩散行为.随着现代计算机信息科学和统计力学理论的发展,分子模拟方法突破了传统实验宏观的理论研究路线,使得从分子尺度研究煤中甲烷吸附扩散行为成为可能.目前更多科研学者从煤结构特征、孔径分布特性和气体吸附扩散特性等...     

煤自燃过程温升特性及产生机理的实验研究

为了研究煤在自燃过程中会出现温度上升突然加快所产生的原因,为煤矿现场煤炭自然火灾的防治工作提供理论依据,采用绝热法、程序升温法对北皂褐煤氧化过程中自热升温特性、耗氧、CO,CO2气体产物特性的研究,提出煤的氧化过程具有分阶段性,主要可以分为2个阶段:低温缓慢氧化阶段和高温快速氧化阶段;并采用原位傅里叶红外光谱实时连续地采集了北皂褐煤表面主要活性官能团在氧化过程中的变化规律。实验结果表明:煤的分阶段特性主要是由于OH的反应导致的,OH反应吸热是低温阶段热量难以积聚的主要原因,当OH反应消耗殆尽时,煤中热量迅速积聚,煤温迅速升高。     

龙固煤矿煤炭低温氧化自燃指标气体试验研究

建立了煤炭低温氧化自燃模拟实验装置,实验研究了龙固煤样在不同氧化温度和阻化液含量条件下释放的氧化气体组份和含量.实验研究表明:煤炭氧化的气体组份与煤样氧化温度、煤样的外在水份含量及阻化液的浓度密切相关,建立了煤炭氧化自热气体与氧化温度的定性关系,CO和C2H4可以作为龙固煤矿煤炭低温氧化自燃的指标气体.实验结果表明:MEA-1A阻化剂具有较好的固水性能和阻化效果,其可以作为龙固煤矿煤炭氧化自燃控制的措施之一,实验确定了阻化液的合理比例.     

龙固煤矿煤炭低温氧化自燃指标气体试验研究

建立了煤炭低温氧化自燃模拟实验装置,实验研究了龙固煤样在不同氧化温度和阻化液含量条件下释放的氧化气体组份和含量。实验研究表明:煤炭氧化的气体组份与煤样氧化温度、煤样的外在水份含量及阻化液的浓度密切相关,建立了煤炭氧化自热气体与氧化温度的定性关系,CO和C2H4可以作为龙固煤矿煤炭低温氧化自燃的指标气体。实验结果表明:MEA 1A阻化剂具有较好的固水性能和阻化效果,其可以作为龙固煤矿煤炭氧化自燃控制的措施之一,实验确定了阻化液的合理比例。     

基于大尺寸隔热氧化试验的银洞沟煤矿110201工作面煤自燃特性研究

为了准确研究银洞沟煤矿2^#煤层110201工作面煤自燃特性,采用大尺度煤隔热氧化装置模拟煤自然发火过程中煤体温度变化,确定煤层最短发火期,研究煤氧化过程中的耗氧率、气体产生规律,最终确定该煤层临界温度和标志性气体。结果表明:2^#煤层煤最短发火期为37 d;煤自热氧化分为2个阶段,煤体温度缓慢上升阶段和煤氧化加速阶段,在第2阶段,O₂消耗率、CO生成速率加快,并出现C2H4,从而确定该工作面临界温度为101.6℃,C₂H₄为主要标志气体,CO相对量变化趋势为辅助标志指标。通过大尺度煤隔热氧化实验优选的临界值和标志气体能更加准确地反应煤的自然发火和产气规律,对煤自燃的早期预测预报更加准确。     

实验模拟采空区煤自燃早期气体释放规律研究

为探究煤矿采空区煤自燃早期气体释放规律,预防采空区火灾,采用实验室模拟采空区不同氧浓度下煤氧化升温过程。实验设计煤样在17%、14%、12%、8%氧浓度气流下进行程序升温。研究结果表明:在220℃温度以下,煤体释放CO、CH4和CO2气体量与煤温成正相关,在12%氧浓度与14%氧浓度间煤的自燃能力被明显抑制;采用CO2/CO比值与煤体温度关系进行指数函数式拟合采空区煤自燃早期较为准确。     

色连煤矿煤自燃标志气体试验研究

为有效预测色连煤矿8109工作面采空区自燃状况,指导煤矿采取针对性防灭火措施,需确定煤自然发火标志性气体.通过对煤样进行程序升温试验方法,研究煤的低温氧化特性并对煤自燃预测指标进行了优选.结果 表明:煤低温氧化过程中活性较大,常温下就可以生成CO,干裂温度在100～110℃之间.使用格雷哈姆系数R2、R3区分化学吸附阶...     

内因火灾源的探测

扑灭采空区内因火灾方法效率低,其主要原因之一,是缺乏可靠的方法探明火源。基于直接测定煤温或基于煤、岩石或气体电物理特性变化的那些探查火源的方法,尚处于研究阶段,现在还不可能得到实际应用。气体分析法已广泛用于探明自然火源。利用研制的仪器可在自热阶段查明自热源,并可根据计示气体比值大概确定气体温度。可是,在矿山巷道和采空区采集井下空气试     

变氧浓度条件下煤自燃特性参数实验测试

利用煤自然高温程序升温实验台对清水营煤矿煤样在变氧环境下的耗氧速率、气体释放速率及放热强度等自燃特性参数进行测试。测试结果表明:在不同氧浓度条件下,煤样的耗氧速率在不同阶段变化规律不同;在程序升温过程中,CO和CO2气体产生速度可预报煤层的氧化、自燃状况;在不同氧浓度下煤样的放热强度规律也很明显。测试结果为采空区遗煤自燃防治提供了理论基础。     

基于煤中甲烷赋存和运移特性的新孔隙分类方法

煤中复杂的多尺度孔隙结构是瓦斯赋存的空间和运移的通道，厘清甲烷在不同孔隙中的赋存和运移特性对煤层瓦斯的抽采利用以及灾害防治具有重要意义。在过去的几十年中，学者们对煤中复杂孔隙结构进行了大量的研究与分类。随着孔隙测试技术的发展，以及对煤中甲烷赋存和运移特性的进一步认识，发现现有的煤孔隙分类方法存在不足。因此，对以往的孔隙分类方法进行全面回顾，并基于最新的煤中甲烷赋存和运移特性的研究成果，提出了一种新的针对煤和甲烷系统的孔隙分类方法。将煤中孔隙结构划分为不可达孔(<0.38 nm)、填充孔(0.38～1.50 nm,吸附相扩散)、扩散孔(1.50～100 nm,游离相扩散)和渗流孔(>100 nm)4类，且煤中不同孔隙(填充孔、扩散孔和渗流孔)形成顺序串联，相同孔隙形成相互并联为主的连接模式。煤中甲烷主要以微孔填充形式吸附于填充孔中，填充孔中的吸附态甲烷作为煤层瓦斯运移的源头，以吸附相扩散的形式为扩散孔中的游离相扩散提供源源不断的甲烷分子，而扩散孔中运移的甲烷也汇总至渗流孔并不断渗流到抽采钻孔或煤壁表面。新的煤孔隙分类方法总结了甲烷分子在不同尺寸孔隙结构中的赋存形式(微孔填充吸...     

煤的孔隙结构

本文介绍了研究煤孔隙结构的气体吸附法、水银孔度计法并评述了分形理论在煤孔隙结构研究中的应用。