煤低温氧化标志性气体分析及优选研究

为了预测采空区遗煤自燃问题,以豹子沟煤矿10101综放面采空区遗煤为研究对象,利用煤自然发火气体产物模拟试验系统测试煤低温氧化过程标志性气体释放种类。试验表明:采空区遗煤与氧气发生低温氧化过程中,会伴随产生CO、CO_2、CH_4、C_2H_2、C_2H_4、C_3H_6、C_3H_8和C_4H_(10)等气体。分析发现CO浓度随采空区遗煤低温氧化阶段温度升高而逐渐增大的程度比其他气体更明显。CO是标志煤低温氧化的最佳气体,对采空区CO进行研究有利于早期预测采空区遗煤自燃情况。     

基于恒温差引领升温差热法研究大佛寺煤氧化产气规律

煤低温氧化产生的指标气体初始温度和浓度的变化规律,可以用于预测煤自燃的发生发展过程,尤其是不同指标气体的产生可以用来预测煤自燃的状态。然而,由于煤是多孔物质很容易吸附气体,同时煤中含氧基团可以裂解产生气体,也就是说煤低温氧化产气路径有物理脱附、裂解和氧化产气3种,其中氧化产气初始温度反映了不同煤中活性基团的活性,对于判断煤是否发生自燃具有重要作用。但是,物理脱附产气也会在低温条件下产生,从而对煤自燃初始温度产生影响。为此,利用恒温差引领升温差热法对大佛寺煤矿的煤进行氧化实验,测试低温氧化过程指标气体的变化规律。实验结果表明,大佛寺煤矿的煤具有较大的比表面积,在煤中活性基团氧化产生气体之前,气体主要是通过解吸产生的。但煤的孔隙结构对初始产生气体的量（尤其是CO2）起决定作用,并随着温度的升高,裂解产气也会对煤中活性基团氧化产气造成一定的干扰。因此,物理脱附和裂解产气明显地扩大了氧化产气,从而造成气体和产热之间的关系失真,最终导致通过指标气体判断煤自燃的状态出现明显的错误,而恒温差引领升温差热法可以有效地去除大佛寺煤样物理脱附和裂解产气的影响,获得煤中活性基团氧化产生气体的本质,进而反映煤...     

不同氧气浓度下采空区煤自燃极限参数研究

为了研究氧气浓度对煤自燃极限参数的影响规律,采用自燃程序升温实验测试阜生煤矿煤样在氧气浓度分别为21％、17％、11％、9％和5％等5种条件下的低温氧化特性,得到了不同氧气浓度下煤样氧化耗氧速率及放热强度,计算得到煤样自燃极限参数.研究结果表明:采空区环境中氧气浓度减小会显著抑制煤活性结构的低温氧化反应,导致煤低温氧化...     

高硫煤二次氧化自燃特性参数的实验研究

为研究高硫煤矿复采工作面煤自燃预测预防的问题,采用程序升温实验方法对高硫煤的初次和二次氧化自燃特性参数进行了对比分析。结果表明:高硫煤在二次氧化低温阶段耗氧速率、CO产生率、CO2产生率和放热强度较初次氧化均有所上升,临界温度之后,二次氧化反应剧烈程度有所下降,且二次氧化与初次氧化指标气体不同;高硫煤中的Fe S2对煤氧吸附有一定的影响,初次氧化产生的H+对煤氧复合起促进作用,反应产物Fe(OH)3胶体降低了煤分子的孔隙率,阻碍了二次氧化的煤氧复合反应。实验结果为高硫煤矿复采自燃预报及封闭工作面启封后的防火工作提供了数据支撑。     

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。     

基于灰色关联法的煤自燃标志气体分析与优选

针对吉宁煤矿2号煤层自燃预测指标不清的问题,借助于煤升温氧化装置进行了煤氧化—热解实验,分析了吉宁煤矿2号煤层煤氧化—热解气体的产生规律。运用灰色关联分析法,计算并优选了加速氧化阶段可信度较高的标志气体。获得了吉宁煤矿2号煤层煤自燃的复合预测指标,即缓慢氧化阶段以CO为主,加速氧化阶段以C2H4为主,激烈氧化阶段以C2H2为预测的主指标。     

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。     

煤自燃指标气体的实验研究及应用

针对东林煤矿4~#煤层容易自燃的特点,采用了实验室实验研究与现场实践相结合的手段对东林煤矿4~#煤层的低温氧化特性进行深入研究。结果表明,4~#煤层以CO作为煤自燃的主要指标性气体,以C_2H_4、C_2H_6和C_3H_8等气体作为辅助指标性气体,并将该成果应用于3409封闭工作面异常高温区的监测,成功启封了3409高温异常工作面。实践证明,以CO为主的标志性气体对煤低温氧化自燃过程有较准确的预测预报效果,并对类似急倾斜易自燃煤层自然发火的综合防治具有重要的参考和示范作用。     

发耳煤矿近距离煤层自燃预测指标研究

为了提高发耳煤矿近距离煤层自燃预测的准确性,对发耳煤矿6个主采煤层的煤样进行程序升温实验,分别得到低温氧化阶段的临界温度、干裂温度和CO、C₂H₄等气体产生规律。通过分析煤样的耗氧速率、放热强度、气体比值与温度之间的对应关系,建立了发耳煤矿近距离煤层自燃预测及分级预警指标。结果表明:1煤层和3煤层的氧化性最强,7煤层的氧化性相对较弱。在低温氧化阶段,CO生成量随温度的升高显著增加,在110℃~120℃时开始产生C₂H₄,耗氧速率、CO产生率、CO₂产生率在70℃~80℃和130℃~140℃范围内出现2次明显的突变。通过对比、和气体比值进行分析,能消除实验条件的误差,提高近距离煤层自燃预测的准确性和灵敏度。     

七五煤矿■煤层自然发火各阶段指标气体优选研究

针对七五煤矿3~#煤层217工作面自然发火问题,通过煤低温氧化试验和灰色关联度分析相结合的方法,优选了自然发火指标各阶段标志性气体的预测指标。通过试验研究得出:在煤自燃早期CO与煤温具有良好的对应关系,可使用CO单个指标进行煤自燃早期预测预报。而在加速氧化阶段:乙烯(C_2H_4)、乙烷(C_2H_6)、丙烷(C_3H_8)、烯烷比(C_2H_4/C_2H_6)和链烷比(C_3H_8/CH_4)等随煤温升高普遍呈现较好的规律性。基于灰色关联度分析,进一步区分预测指标可信度。通过计算煤加速氧化阶段各气体指标与煤氧化温度之间的灰色关联度,得出七五煤矿3~#煤层加速氧化阶段首选预报指标为C_3H_8/CH_4,第二预测指标为CO,第三预测指标为C_2H_6。该研究成果提高了煤自燃预测结果的准确性,为七五煤矿217工作面自然发火治理提供科学依据及理论指导。     

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。     

氧化煤低温氧化特性及演化规律

为了探究氧化煤的低温氧化特性及演变规律,采用程序升温实验系统,对平煤八矿煤样分别预氧化至60 ℃、90 ℃、120 ℃、150 ℃、180 ℃、210 ℃时通入N₂绝氧降温形成的氧化煤,进行低温氧化程序升温实验;为进一步揭示不同灭火条件下形成的氧化煤低温氧化行为特征,对煤样预氧化至120 ℃时,通入3种不同体积分数N₂灭火后形成的氧化煤,开展低温氧化程序升温测试,测定这两类氧化煤低温氧化过程耗氧速率、标志性气体(CO、CO₂)产生率以及放热强度的变化规律。结果表明:氧化煤的耗氧速率、标志性气体产生率和放热强度均小于原煤;预氧化至90 ℃煤样的自燃特性参数更接近原煤,说明预氧化至临界温度的煤更易发生复燃;而预氧化至120 ℃时通入N₂的体积分数越高,这类氧化煤的自燃特征参数越接近原煤,说明通入N₂体积分数越高的煤复燃能力越强。因此,开采近距离煤层群、复采工作面以及启封火区等区域的煤体时,应防范其发生复燃。     

羊场湾矿2号煤层自燃指标气体及其阈值研究

为研究羊场湾煤矿2号煤层自燃预测预报指标体系，采用程序升温方法测试了不同粒径实验煤样在氧化过程中气体产生规律，确定了煤样自燃的气体指标及其临界值。结果表明:CO/CO₂值可以作为煤自燃低温阶段的主要指标，ΔCO/ΔO₂值为辅助指标，C₂H₄在煤温达到90 ℃后出现，可以作为煤自燃进入高温阶段的指标气体，ΔCO/ΔO₂值可以作为煤自燃高温阶段指标。研究结果为羊场湾煤矿2号煤层自燃预测预报及主动防控提供了依据。     

煤自燃氧化升温过程特性参数及标志气体研究

为了预防任楼煤矿52煤层自然发火,做好煤自燃发展程度的前期预测,准确预报工作,采用煤自燃程序升温试验,测试分析了52煤层煤样的耗氧速率、CO、CO₂和CH₄产生率等特性参数变化规律,以及CO、CH₄、C₂H₆、C₂H₄等气体随煤温变化规律,确定了煤自燃标志气体。结果表明:52煤层煤样耗氧速率、CO、CO₂和CH₄产生率均随煤温升高呈不断增大趋势;CO、C₂H₄可以作为煤自燃标志性气体;52煤层煤样的临界温度范围为60~70℃,干裂温度范围为110~120℃。研究成果对建立煤自燃早期预测预报,并采取有效的防灭火措施具有指导作用。     

采用三态材料防灭火技术的效果评价

为解决阳煤集团二矿采空区浮煤自燃问题,采用三态防灭火材料在80704工作面采空区进行现场试验。通过光纤温度在线监测系统和束管监测进行相关数据采集,采空区气体浓度、温度、三带在注入三态材料后发生显著变化,各测点的O₂浓度均在降低,最终维持在5%左右,CO₂浓度维持在10%左右,采空区深部的温度维持在20 ℃左右,CO浓度维持在11×10^-6;氧化升温带提前了11 m,缩短了18 m,窒息带提前了29 m,有效防止了采空区浮煤的自燃氧化。验证了既定三态材料防灭火系统的适用性,同时也说明了三态材料防止采空区浮煤自燃的可靠性。     

平朔矿区煤自然发火指标气体选择的试验研究

以平朔矿区4个煤层煤样为研究对象,利用程序升温试验重点研究CO、C2H4、H2气体在煤氧化自燃过程中的变化规律,同时也对同一矿井的不同煤层、同一煤层不同矿井的气体变化规律进行了对比分析。试验结果表明：平朔煤产生c0的临界温度为60—70℃,C2H4出现的温度为120℃左右,H2生成的临界温度为90℃,且生成量随煤温的上升呈先增大后减小的变化趋势。因此,平朔矿区检测煤炭自燃的标志气体应以CO和C2H4为主、H2为辅。     

差式扫描量热法在褐煤最易自燃临界水分试验中的应用

在煤的氧化初期,少量的水促进煤的自燃,而大量的水则会抑制煤的自燃。由此可见,存在一定量的水分,能够使煤最易自燃。为探讨水分对煤自然发火的影响,我们采用DSC方法对煤在低温情况下进行分析。差式扫描量热法是程序升温控制温度下,测量输入到煤样和参比样的热流差随温度变化的一种技术。本实验最终得出了100℃以前不同水分对煤氧化初期的定量影响,初步得出了煤最易自燃临界水分。     

潞宁矿区2~#煤层自燃指标气体优选的试验研究

以潞宁矿2#煤层煤样为研究对象,通过程序升温试验,研究不同气体在煤氧化过程中的变化规律,具体分析了CO、C2H4、CO/CO2体积分数随温度变化特性。试验结果表明:潞宁矿区2#煤层煤产生CO的临界温度为30℃,从80℃开始CO体积分数呈持续稳定上升趋势,C2H4出现的温度为160℃左右,CO/CO2体积分数比从80℃时生成速率迅速增加。因监测中难以准确分析气体在采空区的真实体积分数,所以同一组气样体积分数比对于预测煤自燃具有重要意义。因此,潞宁矿区2#煤层检测煤炭自燃的标志气体应以CO为主,CO/CO2为辅。当煤温达30℃时,应加强CO体积分数监测;当CO体积分数达1.8×10-5,CO/CO2体积分数比为1时,应发出煤炭自燃预警并采取有效的防灭火措施。     

朱家店煤矿4~#煤自燃指标气体优选实验研究

通过现场采集朱家店煤矿4#煤层煤样,利用程序升温试验装置和气相色谱仪,研究了CO、CO2、C2H4等气体在煤氧化自燃过程中产生和变化规律,分析了φ(C2H4)/φ(C2H6)、φ(C3H8)/φ(C2H6)等烯烷比及链烷比曲线。试验证明:4#煤自燃临界温度为60～70℃,干裂临界温度为90～110℃;煤样程序升温过程中,90～110℃以后,耗氧速率及放热强度急速增加。CO、C2H4、C3H8可以作为4#煤层煤自燃指标气体,φ(CH4)、φ(C2H4)/φ(C3H8)、φ(C2H4)/φ(C2H6)为辅助指标,为朱家店矿防灭火技术应用和火灾监测及预警提供了理论支撑。