不同变质程度烟煤的自燃极限参数对比分析

为了掌握不同变质程度烟煤的自燃极限变化规律及特征,通过煤自燃程序升温试验,首先得到了3个不同变质程度烟煤的O2、CO、CO2随煤温的变化规律,据此计算出煤的耗氧速率和放热强度,然后研究得出了煤自燃极限参数(最小浮煤厚度、上限漏风强度和下限氧气浓度)的变化规律.研究结果表明:与变质程度较高煤样相比,相同条件情况下,煤自燃低温阶段低变质程度煤样的耗氧速率、放热强度和上限漏风强度较高,最小浮煤厚度和下限氧气浓度较小;变质程度接近的煤样,极限参数及其临界点均较接近.研究结果可预测预报煤自燃和固定煤自燃危险区域.     

高地温环境对煤自燃极限参数的影响研究

针对深井高地温环境对煤自燃极限参数的影响问题,利用程序升温实验研究的方法,进行煤样恒温40℃处理后程序升温和常温条件下程序升温的实验设计,研究煤样的自燃特性,计算两组煤样的耗氧速率、CO产生率、CO2产生率和放热强度,得出煤自燃极限参数的变化规律,实验结果显示:处理后升温的煤样耗氧速率、CO产生率、CO2产生率和放热强度均高于常温条件下升温的煤样,煤自燃极限参数中最小浮煤厚度和下限氧浓度值均减小,上限漏风强度值增大,并且变化率随煤温近似呈线性增长趋势,说明高地温导致煤体的氧化放热性增强,更容易蓄热升温,自燃危险性增大。     

风量对煤自燃极限参数影响的实验研究

为了研究不同的风量条件对煤自燃极限参数的影响,采用煤自燃程序升温实验系统,测试了5种不同风量条件下煤样的耗氧速率、CO产生率、CO_2产生率和放热强度,在此基础上计算煤自燃极限参数并分析其变化规律。实验结果表明:不同的供风量导致煤体的氧化放热强度不同,在风量为60 m L/min的情况下煤体放热强度最大;煤自燃极限参数随风量的变化可以分为2个阶段:风量在40 m L/min之前,煤样的最小浮煤厚度和下限氧浓度均随风量的增加而减小,煤样的上限漏风强度随风量的增加而增加。风量在40 m L/min之后,最小浮煤厚度和下限氧浓度随风量的增加近似呈线性增加,上限漏风强度随风量的增加近似呈线性减小,说明在井下开采过程中要注意风量的调节,使煤的自燃极限参数向不利于煤自燃的方向发展。     

程序升温条件下煤的自燃特性研究

利用煤样程序升温自燃性测试实验装置,模拟煤自然的整个发火过程。通过考察煤样的煤温变化、O2消耗量、CO产生量、CO2产生量及其他气体的变化规律,并确定煤的临界温度、气体产生率、最大放热强度及最小放热强度等极限参数,研究东保卫矿煤的自燃倾向性。因此,对该矿的安全生产、自燃火灾的预测以及防灭火具有积极的指导作用。     

煤自然发火期预测模型研究

通过对煤自燃过程及总参数的理论分析，得出煤体自然发火期与表征外界散热条件的毕渥数Bi、表征煤体散热性的煤体导温系数α和表征煤体放热性的参数A有关．根据大型煤样自然发火实验台(1．5t)的测定结果，求出与发火期相对应的煤体等效放热强度，并拟合出等效放热强度与表征煤体自燃性强弱的特征放热强度的函数关系，从而建立了实验条件下煤体自然发火期预测模型，该预测模型中未知参数少，易确定，预测误差小于15％．     

不同氧气浓度煤样耗氧特性实验研究

在不同氧气浓度下煤的耗氧速度不同,从而使煤的自燃性产生差异。通过在不同氧气浓度条件下对煤样进行程序升温氧化实验,测定分析煤样在不同温度时的耗氧速度,研究氧气浓度对煤氧化自燃性的影响关系,提出了低氧气浓度条件下,煤样在不同温度时的耗氧可分为扩散耗氧和化学动力耗氧两个阶段。并根据实验数据分析,得出煤的耗氧速度与氧气浓度的1．149次方成正比。图4,表2,参7。     

风化煤自燃极限参数研究

为了研究风化煤的自燃极限参数,利用程序升温仪器配合气相色谱仪对原煤和风化煤进行程序升温实验,并计算出煤样的耗氧速率、CO产生率、CO2产生率和放热强度,在此基础上计算煤自燃极限参数并分析其变化规律,结果表明:不论是原煤还是风化煤,在40℃以前,最小浮煤厚度、下限氧浓度达到最大值,上限漏风强度达到最小值;相对于原煤、风化煤的放热强度和自燃极限参数中的最小浮煤厚度和下限氧浓度均有所增大,而自燃极限参数中的上限漏风强度有所减小。     

采空区低氧环境中煤自燃特性及极限参数研究

采空区氧化升温带内的氧气浓度主要在10%～18%之间，煤主要发生低氧环境氧化。因此，研究低氧环境中煤自燃特性及极限参数有重要意义。文章采用煤自燃程序升温实验测试了低氧环境煤自燃氧化特性，得到了CO和C₂H₄等氧化气体与温度的对应关系。煤自燃最小浮煤厚度随煤温升高，表现为先上升后下降的趋势，上限漏风强度则表现为先下降后上升的趋势；在煤的氧化温度为60～70℃时，煤自燃极限参数达到极值。采空区内氧气浓度降低，煤自燃氧化放热性特性逐渐减弱，造成煤的最小浮煤厚度随氧气浓度降低而升高，下限漏风强度随氧气浓度降低而减小。     

煤自燃动力学参数及氧化反应阶段实验研究

煤自燃现象会造成火灾，给煤矿的安全生产带来了极大威胁。为进一步认识煤自燃进程中不同氧化阶段的特性，开展了三种不同氧气浓度（11%、16%、21%）环境下的煤样程序升温实验，分析了交叉点温度、CO浓度、耗氧速率、放热强度以及表观活化能等重要表征煤自燃的参数变化规律，确定了氧化过程中的三种关键特征温度点，并依此划分了四个煤自燃进程中的氧化阶段，计算各氧化阶段的表观活化能，与前人的历史数据进行了对比验证。研究结果表明：在充足氧气浓度环境下，实验计算的交叉点温度为143.5℃，而且与经验公式的理论计算值误差仅为6.41%;CO浓度、耗氧速率、放热强度均随氧气浓度的增加而增加，且耗氧速率与放热强度符合线性表达式；煤样的临界温度、干裂温度、活性温度三个特征温度点分别为80.4℃、125.9℃，191.8℃；本文研究结果和历史数据均展示了表观活化能随自燃反应的进程呈现先增大后减小的趋势，其中阶段Ⅲ加速氧化反应阶段的表观活化能值最大，达到了52.06 kJ/mol。通过研究以期为煤自燃特性及防治提供一些基础参考。     

煤自燃的热量积聚过程及影响因素分析

根据热力学、传热学理论,分析了煤自燃热量的积聚过程,推导出煤自燃的热量传递方程,从而得知煤体升温的必要条件．影响煤体热量积聚的主要因素有温度、浮煤厚度、空隙率和漏风强度．温度越高,煤体氧化放热强度越大,煤体与围岩温度差越大,越不利于煤体的热量积聚;浮煤厚度是放热和蓄热的物质基础,只有大于最小浮煤厚度,煤体才有可能自燃;空隙率决定松散煤体内漏风强度和导热系数的大小;漏风强度对煤体氧化放热和对流散热都有影响,漏风强度必须大于提供足够氧气所需的最小值,小于上限漏风强度,煤体才可能自燃．     

CO_2对煤升温氧化燃烧特性的影响

为了掌握CO2气体防治煤自燃的特性,采用TG-DSC联用分析系统测定煤样在不同CO2体积分数、不同升温速率时反应引起的质量、能量变化,研究CO2对煤升温氧化燃烧过程的影响。通过分析煤升温氧化燃烧过程的TG-DSC曲线,确定了煤氧化燃烧过程的特征温度变化规律,实验表明:煤样变质程度越高,TG曲线越向温度高的方向移动;特征温度T1,T2,T3在不同CO2/空气混合条件下失重曲线差异较小,在失重温度T4时,CO2体积分数越大,其TG,DTG曲线差异越大,着火温度、质量变化速率最大温度点及燃烬温度点延后。CO2体积分数影响了煤样放热强度,CO2体积分数越低,DSC曲线越陡,放热强度越高;CO2体积分数越高,曲线平缓,放热量小,燃烧点放热峰向高温区移动,反应得到了抑制。通过动力学分析计算得出:煤样在空气氛围下的活化能和频率因子均大于在通入CO2气体后,随着CO2体积分数的升高,表观活化能和指前因子减小速度加快,但反应速率常数也减小,表明CO2抑制了煤的氧化燃烧。     

Dynamic mathematical model and numerical calculation method on spontaneous combustion of loose coal

Through the experiment of coal spontaneous combustion and relationship particle size with oxidation character of loose coal, some calculation formula of characteristic parameters is got in the process of coal spontaneous combustion. According to these theories of porous medium hydrodynamics, mass transfer and heat transfer, mathematical models of air leak field, oxygen concentration field and temperature field are set up. Through experimental and theoretical analysis, 3-D dynamic mathematical model of coal spontaneous combustion is set up. The method of ascertaining boundary condition of model is analyzed, and finite difference method is adopted to solve 2-D mathematical model.     

松散煤体低温氧化放热强度的测定和计算

根据煤低温自然火实验台测定的温度场变化和传热理论,推导出计算不同温度松散煤体低温氧化放热强度的热平衡法;由实验测定的气体浓度变化量,推算出不同温度时煤氧复合的耗氧速率、ＣＯ和ＣＯ２产生率;结合煤氧复合过程的键能量变化量,得出低温氧化放热强度的键艰算法,确定其上限和下限,为煤自燃特性的定量分析及自然发火预测提供了理论依据。     

黄骅港三期筒仓储煤自燃预警方法研究及应用

基于对黄骅港三期筒仓储煤自燃的预警,选取筒仓所储神优-2和外购-1煤样进行程序升温实验,分析了煤体氧化热解产生的各指标气体及随温度的变化规律。实验发现:CO、C2H4、C2H6三种单一指标以及C2H4/C2H6、ΔCO/ΔO2两种复合指标随煤温的变化表现出了良好的规律性,并通过CO在60℃左右时浓度的突增,将煤体倒仓临界温度定为60℃。结合筒仓现有安全装置,采用温度监测和指标气体分析作为筒仓储煤自燃的预警方法。对筒仓内煤体入仓、出仓之前的煤温,以及储煤过程中的煤温、生成的指标气体含量进行实时监控,并设定了合理的报警阈值。     

超细煤粉着火特性的热重分析

采用热重法,分析了粒度、升温速率和氧气浓度对超细煤粉着火特性和燃烧特性的影响.实验结果表明,减小煤粉粒度,增大氧气浓度有利于降低煤粉着火温度,增大煤粉的燃烧速率,提高超细煤粉燃烧性能.升温速率对煤粉的燃烧特性也有影响,随着升温速率的提高超细煤粉的着火温度升高,最大失重速率增大,最大失重速率对应的温度升高.     

采用快速氧化实验研究大同煤的自燃特性

采用辅助热源外加热实验装置,得到了煤样快速氧化的温升速率、耗氧速率、一氧化碳以及二氧化碳气体生成速率;根据实测的自燃过程特性参数,将煤低温氧化过程分为潜伏期阶段和自热期阶段.潜伏期阶段氧气消耗量较少,自热期阶段会生成大量的一氧化碳和二氧化碳气体.在低温氧化过程的2个阶段,分别确定出煤氧化的耗氧速率计算表达式,得到了煤低温氧化过程的动力学参数活化能和指前因子.     

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。     

基于BP神经网络的煤自燃温度预测研究

为了研究煤在氧化升温过程中CO、CO2、CH4、C2H6、C2H4等气体对温度的反馈作用,并通过各气体的数据准确预测煤自燃的温度。以赵楼煤矿为背景,采集部分煤样,放入煤自然发火实验炉中,通过数控程序系统,模拟煤自然发火时的漏风强度和供氧量,收集指标气体和温度等相关数据。采用气体成分分析法和神经网络算法建立BP神经网络预测模型,选取CO、CO2、CH4、C2H6、C2H4气体浓度作为神经网络的输入层,煤温作为输出层,设置8个隐含层神经元对煤自燃情况进行预测。结果表明：经过训练后,预测温度与实际温度基本吻合,误差控制在0～0.00065,该预测模型的建立对于矿井煤自燃早期预报有着极其重要的指导意义。     

胶体防灭火材料阻化性能试验研究

为研究高分子胶体,水玻璃,粉煤灰复合胶体和黄土复合胶体等不同胶体材料对煤自燃氧化的阻化性能及区别,采用煤自燃程序升温试验装置,对不同胶体防灭火材料处理后的煤样的氧化性进行程序升温试验,通过对同等试验条件下各煤样的升温速率、CO产生率、耗氧速率等自燃参数分析判定各种胶体材料的阻化性能。试验结果表明：胶体材料对煤升温速率、CO产生率和耗氧速率均具有一定的抑制作用,且各种胶体材料均具有比水好的阻化效果,其阻化效果由好到差依次为高分子胶体,水玻璃,粉煤灰复合胶体和黄土复合胶体。     

脱氧型阻化剂对煤自燃的抑制效果

为对脱氧型阻化剂抑制煤自燃效果进行研究,在耗氧试验的基础上,进行抑制煤自燃试验,以CO生成量为指标对其进行优选。研究表明,无机盐阻化剂在添加耗氧剂等成分配制成脱氧型阻化剂后,不仅具有较好的耗氧效果,还具有比无机盐阻化剂更好的抑制煤自燃效果,且耗氧效果越好,抑制煤自燃的效果也越好;试验优选出的抑制煤自燃效果最好的配比为1.5 g还原性Fe粉、0.6 g硅藻土以及0.15 g MgCl_2,阻化效率比无机盐阻化剂提高了43.8%以上;在一定范围内,温度越高,脱氧型阻化剂的阻化效果越好;脱氧型阻化剂对粒径越小的煤样阻化效果越差,但当煤样粒径减小到80目时,再减小煤样的粒径,其抑制煤自燃效果已无明显差别。