煤尘爆炸残留物特征影响因素研究

为了研究煤尘浓度、煤尘粒径以及点火能量对煤尘爆炸后气、固态残留物组分特征的影响,利用20L球形爆炸装置测试系统进行了煤尘爆炸实验,并对爆炸残留物进行了收集与分析。研究结果表明:随着煤尘浓度的增加,气态残留物中CO、H_2、CH_4、C_2H_4、C_2H_6及C_3H_8的体积分数逐渐增大,而CO_2先增大后减小,固态残留物挥发分与固定碳含量逐渐增加,灰分含量逐渐减少;煤尘浓度为100g/m~3时,粒径48~75μm的煤尘爆炸残留气体中CO、CO_2、H_2、CH_4等气体的体积分数达到最大值,煤尘浓度为400g/m~3时,CO、CO_2、H_2、CH_4等气体的体积分数随着煤尘粒径的减小而增大,固态残留物挥发分含量随煤尘粒径减小而逐渐减小,灰分含量逐渐增大;随着点火能量增大,气态残留物中CO、H_2、CH_4、C_2H_6、C_3H_8逐渐升高,固态残留物挥发分与固定碳含量逐渐减小,而灰分含量不断增大。     

链烷比、烯烃和六枝矿区煤的自然发火

<正> 研究 C_2H_4、C_3H_6的发火速率及链烷比C_2H_6/CH_4、C_3H_8/CH_4、C_4H_(10)/CH_4,烯炔比 C_2H_4/C_2H_2等指标和煤矿自然发火的关系,已经有过不少的研究报告。但是烷烃既是煤的吸附气体成分,也在煤的氧化分解时产生,C_2H_(?)/CH_4、C_3H_8/CH_4、C_4H_(10)/CH_4随煤样升温而增大的规律是与吸附烷烃有关亦和氧化分解烷烃有关?这类烷比在常温下也随煤样存放时间延长自动增大,这与它们随煤样升温而增大的情况相     

黄陇矿区瓦斯-油型气混合气体爆炸特性及预警技术研究

针对黄陇矿区含油型气矿井瓦斯涌出随机性强、气体组分不稳定、防控难度大的特点,通过分析瓦斯-油型气混合气体组分特性,采用可燃性混合气体爆炸极限测算方法以及10 L球形多组分气体爆炸试验,研究了瓦斯-油型气混合气体爆炸范围的变化规律,提出了基于CH4浓度和采空区煤自燃联合防控的瓦斯-油型气混合气体爆炸预警技术,建立了瓦斯-油型气混合气体爆炸预警指标体系,设计了混合气体爆炸预警系统。结果表明,黄陇矿区瓦斯-油型气混合气体组分中CH4降低到13%～67%,C3H8和C4H10升高到10%～30%,各向异性明显;烷烃类气体增加,使得混合气体爆炸范围降低为1.85%～9.85%,混合气体爆炸危险度升高到4.32,高于普通矿井2.15倍;确定了黄陇矿区回风巷CH4的预警体积分数为0. 38%,基于煤自燃氧化升温试验得出了煤自燃监测指标为CO、φ(C2H4)/φ(C2H6)。研究成果为瓦斯-油型气混合气体爆炸灾害防控提供了依据。     

点火方式对甲烷爆炸生成气体产物的影响研究

采用自主研发的采空区自燃诱发瓦斯爆炸系统,实验研究电火花和高温源2种点火方式引爆CH_4的气体产物变化规律。结果表明:2种点火方式引爆CH_4后,生成的碳氧化合物规律基本一致;低体积分数爆炸几乎不生成CO;CH_4体积分数大于9.5%时,随CH_4体积分数增大,CO的体积分数随之增加;CO_2的体积分数随CH_4体积分数先增大后减小,在CH_4体积分数为9.5%时CO_2生成量的最大;电火花引爆CH_4生成CO的量高于高温源引爆;高温源引爆CH_4生成CO_2的量高于电火花引爆;电火花点火方式在CH_4体积分数9.5%时,CO的生成较高温源点火方式有着更为敏感的表现。引爆CH_4体积分数较高(11.5%以上)的CH_4后会生成C_2H_6、C2H_4和C_2H_2等C_2类烃气。     

煤的自燃和氧化对瓦斯爆炸压力和温度的影响

应用GRI Mech 3.0甲烷燃烧反应机理,建立相应的定容燃烧模型,对瓦斯爆炸过程中影响其温度、压力的C_2H_6,C_2H_4和C_2H_2三种气体进行分析研究。结果表明:在混合气体中充入C_2H_6、C_2H_4和C_2H_2气体,瓦斯爆炸的温度以及压力会显著增加;使得爆炸最大压力和最高温度所对应的CH4体积分数减小,对应最高温度和最高压力值亦变大。气体C_2H_2对瓦斯爆炸的促进效果最强,其次是C_2H_4,相比C_2H_4和C_2H_2气体,C_2H_6的影响效果相比较弱。     

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。     

灰色关联法在煤自燃标志气体优选中的应用

鉴于目前以CO、C_2H_4和C_2H_2为标志性气体已不能满足煤层自然发火的早期预测预报,以神华新疆能源公司碱沟煤矿B_2煤层自然发火标志气体产物测试数据为例,选取100～300℃煤样氧化产物浓度,运用灰色关联法计算分析煤体升温时所产生的气体浓度与燃烧温度的关联度,根据计算结果对关联度进行排序,确定合理的煤层自然发火指标气体。计算结果表明:关联度γ_3>γ_5>γ_4,即φ(C_3H_8)/φ(CH_4)、φ(CO)/φ(CO_2)、φ(C_3H_8)/φ(C_2H_6)与煤燃烧温度关系最为密切,3种标志气体关联度大于0.6,并与φ(C_2H_4)/φ(C_2H_6)进行对比,验证了3种标志气体选取的合理性。因此,φ(C_3H_8)/φ(CH_4)、φ(CO)/φ(CO_2)、φ(C_3H_8)/φ(C_2H_6)可作为碱沟煤矿B_2煤层自然发火早期预测预报标志气体。     

煤自燃标志气体的阶段特征实验研究

基于程序升温实验,对东胜褐煤、补连塔不黏煤、保德气煤的CH_4、C_2H_6、C_2H_4/C_2H_6值、△CO/△O_2值、O_2等自燃标志气体进行测定。结果表明:CO的产生存在于整个氧化过程;CH_4出现的时间与CO相当,但浓度低于CO,且在不同煤种中有不同的显现规律;C_2H_6出现时间晚于CO和CH_4,C_2H_4出现的时间最晚,在较高温度段才出现。煤氧化不同阶段特征气体的表现形式不同,判断煤的自燃阶段时避免采用单一CO气体指标,应选取不同的特征气体作为煤自燃阶段的预警指标以提高煤自燃预报的可靠性。对于测试煤种,应选择CO和C_2H_4作为煤炭自燃氧化的指标气体,并将CH_4、C_2H_6、C_2H_4/C_2H_6值、△CO/△O_2值、O_2作为自燃辅助预警指标。     

基于多指标参数的煤自燃进程分析及应用

提出了火灾四象限法则。建立了多指标参数煤低温氧化进程分析体系,确定了煤自然发火的临界值:CO浓度高且持续增加,表明煤正在氧化,煤温小于90℃;C_2H_6/CH_4、CO/CH_4的安全临界值分别0.06和0.6,超过临界值说明煤氧化加剧;C_2H_4、C_2H_2为辅助指标,2种气体初现对应煤温80℃~90℃、190℃。利用该指标体系判定煤氧化,指导现场火灾防治。     

高温氧化条件下风化煤自燃特性试验研究

为掌握煤层露头火灾的发展演化规律,采用高温程序升温试验系统模拟了风化煤的高温氧化自燃过程,得到了从常温到650℃高温氧化过程中的宏观自燃特性及其表征参数,并应用指标气体的增长率分析法确定出风化煤高温氧化的特征温度点。结果表明:风化煤在高温低氧浓度条件下仍能持续发生氧化反应,并放出大量的热量,来维持其自燃;风化煤内含有的腐植酸会随着煤温的升高,逐渐发生热分解反应,从而导致氧化反应,产生的CO_2、CH_4、C_2H_4、C_2H_6浓度增加,且CH_4、C_2H_4、C_2H_6浓度随煤温的变化规律相似,由于风化煤受到化学风化作用,使这3种气体在低温阶段的浓度都比较小,之后随着温度的升高而迅速增大;此外,煤样粒径0.9 mm时高温氧化产生的CO浓度,比其他粒径下的CO浓度总体上都大;在400~590℃,煤样粒径为7~10 mm时,高温氧化产生的CO浓度最小。     

煤矿灾害气体的傅里叶变换红外光谱定量方法

为提高煤矿灾害气体红外光谱定量分析的准确性,利用傅里叶变换红外光谱分析仪,对煤矿灾害气体的傅里叶变换红外光谱定量分析方法进行了研究,建立了针对煤矿灾害气体的傅里叶变化红外光谱定量计算模型与定量校正模型,利用支持向量机理论对煤矿灾害气体中烷烃类气体的图谱交叠问题进行了改进,在一定程度上初步满足了煤矿灾害气体定量检测的需求。结果表明:CH_4、i-C_4H_(10)、C_2H_4、C_3H_6、C_2H_2与CO定量分析结果的准确性相对较高,绝对偏差也较小;C_2H_6、C_3H_8、n-C_4H_(10)与CO_2定量分析结果的准确性相对较低,但其绝对偏差较小,因此以上10种煤矿灾害气体均可利用傅里叶变换红外光谱定量方法进行定量分析。     

东欢坨矿煤层自燃指标气体分析

为了预防预报东欢坨煤矿的自燃火灾,现利用程序升温-气相色谱联用实验,检测升温过程中指标气体含量,进行了CO、CO_2、CO/△O_2、C_nH_(2n+2)/C_nH_(2n+2)、C_nH_(2n)/C_nH_(2n+2)、C_nH_n/C_nH_n等的计算。结果表明:在煤低温氧化全过程中,都可以检测到CO,在140℃以后可检测到C_2H_4。因此针对东欢坨,在50~350℃,选择CO作为指标,并利用CO_2、C_2H_6和C_3H_8为辅助指标。当温度达到140~300℃,选择C_2H_4作为预测指标气体,并利用C_2H_4/C_2H_6及C_2H_4/CH_4指标气体作为该温度段内的辅助标志气体,由此确定的指标气体,为东欢坨煤层自燃火灾防治提供了依据。     

基于程序升温的灵泉矿煤自燃特性研究

利用程序升温实验测试灵泉矿煤样,研究煤样在程序升温条件下的耗氧速率、CO、CH_4、C_2H_6及C_2H_4的产生规律。通过实验确定了煤样耗氧速率、CO浓度、CH_4浓度、C_2H_6浓度和C_2H_4浓度与温度的关系,并通过非线性曲线拟合,得出其与温度的拟合方程,从而得出煤样由低温氧化转为快速氧化的临界温度。研究结果对于灵泉矿复合采空区遗煤自然发火防治具有一定的理论与现实意义。     

井下灾区环境参数快速采集和分析技术与装备

提出一种井下灾区环境参数快速采集和分析技术解决方案;选用先进的3000 Micro GC微型气相色谱仪作为基础,采用分流分功,各部分单独供电的设计理念,研制出本质安全防爆型手提式气相色谱仪,实现由救援人员随身携带至井下灾害现场。手提式气相色谱仪1次进样120 s内可采用双通道准确对O_2、CH_4、CO、H_2、N_2、CO_2、C_2H_2、C_2H_4、C_2H_6、C_3H_810种煤矿气体检测,化验精度达1×10~(-6)级。     

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。     

含重烃煤吸附CH_4-C_2H_6二元气体实验研究

为研究含重烃煤层气体的吸附特性,利用自制的混合气体吸附/解吸实验装置,对不同组分配比的CH_4-C_2H_6二元气体进行等温吸附测试,分析了混合气体吸附特征参数与平衡压力和组分配比之间的定量关系,并据此建立了二元混合气体吸附预测模型。结果表明:在相同平衡压力下,煤样对单组分C_2H_6的吸附能力明显大于煤样对CH_4的吸附能力。压力增加,CH_4-C_2H_6二元混合气体中C_2H_6优先吸附,游离相摩尔分数快速下降。混合气体的吸附摩尔比与吸附压力呈指数函数关系,参量与组分配比呈线性关系。通过新模型预测的各组分吸附量与实测结果之间的误差小于5%。     

P_2O_5粉体抑制瓦斯爆炸的实验研究

为测定NH_4H_2PO_4的受热分解产物P_2O_5对CH_4爆炸的抑制作用,采用20 L近球形密闭式气体爆炸实验系统对3种不同浓度的P_2O_5粉体进行CH_4爆炸试验,研究P_2O_5的抑爆性能及抑爆机理。试验结果表明:P_2O_5粉体对CH_4爆炸有一定的抑制作用;理论分析认为,P_2O_5分子的多孔网状结构能够有效吸附爆炸中产生的活性自由基,从而抑制CH_4爆炸。     

柴家沟矿4~(-2)煤层自燃标志气体优选实验研究

为提高柴家沟矿4~(-2)煤层自燃预测预报准确性,采用XK-Ⅶ大型煤自燃实验台模拟4~(-2)煤层自然发火过程,对自燃特性参数、单一标志气体、复合标志气体进行分析。实验证明:当煤温在70～80℃时,煤样耗氧速率明显加快,放热强度曲线斜率逐渐增大,当煤温在100～120℃时,耗氧速率迅猛增加,放热强度曲线斜率明显增大,故推断4~(-2)煤层自燃临界温度在68～80℃,干裂温度在100～120℃;由于φ(CO)、φ(O_2)/φ(CO+CO_2)随煤温变化的灵敏性和规律性强,且在井下容易检测,故将φ(CO)、φ(O_2)/φ(CO+CO_2)选作预测4~(-2)煤层自燃的主要标志气体参数;由于φ(C_2H_4)、φ(CH_4)/φ(C_2H_6)、φ(C_2H_4)/φ(C_2H_6)能从一定程度上反映4~(-2)煤层自燃发展阶段,故将φ(C_2H_4)、φ(CH_4)/φ(C_2H_6)、φ(C_2H_4)/φ(C_2H_6)选作预测4~(-2)煤层自燃高温阶段的辅助标志气体参数。     

煤自燃加速氧化阶段指标气体优选实验研究及分析

以林南仓矿11~#煤层为研究对象,通过程序升温实验确定了煤自燃加速氧化阶段(100~200℃)各指标气体浓度与温度的对应关系并分析了其变化规律,利用灰色B型关联度分析法对指标气体进行优选筛选,并计算了各指标气与煤自燃氧化温度的关联程度,确定了各指标气体的可信度。结果表明:在加速氧化阶段,林南仓矿11~#煤层的C_3H_8/C_2H_6与温度的关联度最大,其次是C_2H_4/C_2H_6,因此选择C_3H_8/C_2H_6为最优指标气体,C_2H_4/C_2H_6为辅助指标气体。该研究结果对提高煤层自燃预报的准确性具有重要意义。     

预报煤矿自然发火的烷比测定仪

<正> 煤矿自然发火的预测手段,一般采用分析井下气体成份的变化来推断煤炭自热温度的方法。过去,是测定气体的氧化物如一氧化碳(CO)、二氧化碳(CO_2)、乙烯(C_2H_4)等气体的增量来判断温度的上升趋势。而我们进一步对煤层中所包含的CH_4,C_2H_6、C_3H_3、C_4H_(10)等烷烃气体的解吸速度进行研究,从解吸速度随煤炭温度的上升而变化的