某矿10+11#煤层自然发火标志气体及指标的优选

为了预防煤层自然发火事故,利用煤自然发火模拟实验气体产物分析方法,对某矿10+11~#煤层煤样进行自然发火气体产物模拟实验。根据实验数据,分析了CO、烯烃气体、烷烃气体的产生规律,绘制了煤样升温氧化过程中产生气体浓度随温度的变化曲线,并对煤样自然发火标志气体分析。最后优选出CO、C_2H_4、C_2H_2、C_2H_4/C_2H_6、C_3H_8/C_2H_6作为该矿10+11~#煤层煤自然发火预测指标。     

高瓦斯易燃煤层自燃判别指标体系的实验研究

通过煤自燃程序升温实验,分析了在不同温度下平顶山矿区己组煤样的耗氧速度以及CO_2、CO、CH_4、C_2H_4、C_2H_6等气体的产生量,研究了己组煤在整个氧化阶段气体产物的生成规律及其特征,得出煤样耗氧量与煤温升高之间的对应关系。最终确定CO、C_2H_4、C_2H_6作为判断己组煤自然发火的不同阶段的标志性气体,CO/CO_2、C_2H_4/C_2H_6比值作为辅助指标。根据试验结果确定平顶山矿区己组煤自燃标志性气体临界判别指标值,为实现己组煤自然发火的准确预测预判提供依据。     

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。     

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。     

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。     

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。     

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。     

煤与油页岩共采条件下自然发火标志气体及预报指标体系研究

针对梁家矿煤与油页岩共采条件下采空区自然发火情况下的标志性气体优选的问题,选取1105工作面样品运用程序升温实验进行了煤与油页岩自然发火气体产物模拟试验,分析了CO、烯烃、烷烃及其比值的产生规律,进行了煤与油页岩自燃预测预报体系研究。结果表明:CO出现的临界值温度在40℃左右,标志着煤与油页岩已经开始产生反应;C_2H_4出现在120℃左右,标志着煤与油页岩进入加速氧化阶段;C_2H_4/C_2H_6、C_2H_4/C_3H_8可以作为预测煤与油页岩自然发火进程的辅助标志气体。同时,根据CO、C_2H_4等气体释放量,确定了梁家矿煤与油页岩自然发火标志气体判别参数。     

火成岩侵入煤层的煤自燃标志气体优选

矿井煤层受火成岩的侵入导致煤体焦化变质、使得其自燃情况变得复杂多变,给煤层自燃预测预报带来困难。选取5种有代表性的煤样进行程序升温氧化实验,并对其进行自然发火倾向性的鉴定。分析了CO、C_2H_4、C_2H_6等随温度的变化规律,对煤自燃进行了预报技术研究。结果表明:CO出现的临界值较低,在整个自然发火过程中都有产生,其预警点应选在200℃左右;C_2H_4的出现代表已进入加速氧化阶段,在有CO的情况下有C_2H_4出现,此时要采取防灭火措施;当矿井条件复杂时,结合C_2H_4与C_2H_6比率变化规律做预测,要比单独使用C_2H_4更为准确。     

基于主成分分析法的东荣一矿煤层自然发火 指标气体实验研究

为有效预防东荣一矿由煤自燃引起的灾害,通过煤自燃氧化实验,研究东荣一矿煤层自然发火特性,测定出实验煤样标志气体出现的临界温度并分析其体积分数随煤氧化温度的变化规律;运用主成分分析法对温度、一氧化碳体积分数φ(CO)、烯烷比φ(C_2H_4)/φ(C_2H_6)等9个指标进行综合评判分析,优选出对预测煤自燃起主导作用的指标。研究结果表明,指标气体出现的临界温度及其规律性可以反映出煤的自然发火过程。根据指标气体优选原则和主成分分析法的优选结果,建立以φ(CO)、φ(C_2H_6)、φ(C_2H_4)、φ(C_2H_2)作为主要指标,以烯烷比φ(C_2H_4)/φ(C_2H_6)作为辅助指标的东荣一矿煤层自然发火预测预报体系,提高了煤层自燃早期预测预报的准确性,实现了对矿井火灾的预防。     

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。     

复采煤层氧化煤的自燃特性研究

针对复采煤层的煤的自然发火现状,分析荆各庄矿的4种不同复采时间的氧化煤自燃特性的差异。采用程序升温-气相色谱联用实验,对比不同复采时间煤样的自燃氧化过程中的特征气体含量变化和自燃倾向性变化。结果表明:4种煤样产生的CO体积分数在170℃前后呈现不同的变化规律;复采时间越长的氧化煤,煤样产生CH_4、C_2H_4、C_2H_6气体的时间越晚;通过对不同煤样交叉点温度和FCC复合指标的综合分析,得出短时间复采的煤样其自燃氧化能力强于长时间复采的煤;在同一种煤的低温段和高温段,自燃倾向性也随着表观活化能在不断变化。     

基于程序升温的煤自燃标志气体实验研究

为有效解决袁店二井煤矿7_2煤层自燃问题,对煤样进行程序升温实验研究煤自燃标志气体,通过分析煤氧化过程中不同温度阶段气体产生规律,研究煤自燃预测预报标志气体与其之间的对应关系。结果表明:实验煤样的自热临界温度为60~70℃,氧化活跃阶段临界温度为120~130℃,在60~100℃时,选取CO作为标志气体,在100~130℃时,选取第二火灾系数R_2作为标志气体,在130℃以上时,选取C_2H_4作为标志气体,以C_2H_6、链烷比φ(C_3H_8)/φ(C_2H_6)和烯烷比作为辅助标志气体,以此可判断该煤层煤自燃发展程度。     

神东北部矿区水浸煤自燃标志性气体产生规律

采用煤自燃氧化程序升温实验,对水浸煤自燃标志气体产生规律进行了研究,对比分析了不同含水率水浸煤与原煤CO产生率、CO_2产生率、CH_4产生率、C_2H_4浓度、C_2H_6浓度、耗氧速率随温度的变化规律,发现在低温氧化阶段,水浸煤中水分的存在降低了原煤开始快速氧化的温度点,对煤自燃具有促进作用,水浸煤CO和CO_2气体产生率、耗氧速率高于原煤;在快速氧化阶段,水浸煤中水分的蒸发对煤自燃具有阻碍作用,水浸煤CO和CO_2气体产生率、耗氧速率低于原煤;在加速氧化阶段和高速氧化阶段,水浸煤中的水分与煤分子官能团结合生成含水络合物,提高了CO和CO_2气体产生率,以及耗氧速率,同时阻止烷烃和烯烃类气体的产生,降低了C_2H_4和C_2H_6气体浓度;在煤自燃氧化过程中,水浸煤中水分的存在,降低原煤中CH_4气体吸附量,水浸煤CH_4产生率低于原煤。结果表明,含水率对煤自燃氧化过程中的标志性气体产生规律具有明显的影响,经水浸泡的神东北部矿区12煤比其原煤更容易氧化自燃。     

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。     

水浸长焰煤自燃预测预报指标气体试验研究

为解决补连塔矿22煤采空区长期浸水的遗煤自燃预测预报问题,针对含水煤样自燃预测预报研究较少的问题,通过对5种不同含水率的长焰煤进行程序升温试验研究,分析温度升高过程中的遗煤自热氧化气体产物及其浓度变化规律,对煤自燃预测预报指标气体进行优选。研究结果表明:浸水的遗煤低温氧化具有分阶段特性,在煤样浸水程度不同的复杂情况下,提出以φ(CO)/φ(CO_2)、φ(O_2)/Δφ(CO_2-CO)、φ(C_2H_4)/φ(C_2H_6)以及C_2H_6、C_2H_4和C_3H_8作为煤自燃预测预报指标,并且当φ(CO)/φ(CO_2)≤0.1或φ(O_2)/Δφ(CO_2-CO)≥0.02时,则煤处于吸氧蓄热阶段(30～100℃),当0.8≤φ(C_2H_4)/φ(C_2H_6)≤1.10时,则煤处于自热氧化阶段(100～140℃),当φ(CO)/φ(CO_2)≥0.5或φ(O_2)/Δφ(CO_2-CO)≤0.005时,则煤处于加速氧化阶段(140～230℃)。研究结果对采空区遗煤的自燃防控具有一定的指导作用,结合现场实际情况,及时对参数指标进行修正,完善煤自燃预测预报指标,可有效预防煤自燃灾害事故的发生。     

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。     

灵泉煤矿煤层自然发火标志性气体优选

煤自燃火灾严重威胁煤炭工业的安全,煤自燃火灾指标气体的早期预测预报可以判断采空区煤层自然发火情况。通过采集内蒙古扎赉诺尔煤业有限责任公司灵泉等煤矿的8个煤样,煤种都是褐煤,在自然发火气体产物模拟实验装置上进行实验,分析了CO、C_2H_4、C_3H_6、C_2H_2指标气体的析出规律,绘制的气体体积分数随温度的变化曲线,并根据以往实验数据指出C_2H_4、C_3H_6出现的临界温度,提出用浓度差值法对CO气体体积分数校正,最后指出CO、C_2H_4,C_3H_6、C_2H_2作为灵泉煤矿煤层自然发火的标志性气体。     

低阶煤自燃指标气体与氧化特征温度实验研究

以4种低阶煤为研究对象,通过程序升温氧化实验和热重分析实验,研究煤升温氧化过程中各指标气体浓度及煤样质-热与温度的关联性。对比同一温度下不同煤样产生指标气体浓度,发现煤变质程度越低,氧化越剧烈,得出以CO为主,H_2、C_2H_4和C_2H_2为辅来进行预测预报的自然指标气体体系;同时确定各煤样特征温度,对煤自燃过程进行阶段划分,提高现有煤层自然发火宏观特性的认识。     

基于信息熵的煤自燃标志气体优选

为更好预测预报王庄煤矿3号煤层自然发火进程,通过程序升温氧化实验并采用基于信息熵的C4.5决策树算法,分析煤自燃不同阶段标志气体及相关比值的信息增益率。结果表明:CO的信息增益率在整个升温氧化过程中都很高,而C_2H_4只有在进入高危险期时信息增益率才较高,因此CO应作为煤自燃低危险期—较高危险期的主要标志气体,C_2H_4作为进入高危险期的主要标志气体;同时φC_2H_4/φC_2H_6和φC_2H_4/φCH_4在进入高危险期时信息增益率也较高,其分裂阈值分别为0.042和0.026,该阈值有效避免了现场风量等因素的影响,可作为高危险期的辅助指标。