基于指标气体的煤自燃预报人工神经网络专家系统研究

煤层自燃温度与气体产物之间存在对应关系,据此可预报煤层自燃。但是,温度与气体产物之间的关系为非线性的,非常复杂,不能用简单的数学公式表达。用前向3层人工神经网络模型表征这一对应关系,并用大量实验数据对网络进行训练以获得神经元间的连接强度。据此建立了人工神经网络专家系统,可以根据现场监测的煤自燃指标气体等参数,判断煤自燃现状,并预测自燃发展趋势。实践表明,该神经网络专家系统能够较准确地预报煤层自燃。     

煤自燃极限参数的神经网络预测方法

煤自燃极限参数是判断煤自燃危险区域的有力依据。由于受多种因素影响,长期以来一直采用粗略测算的方法,与现场实际差别很大。神经网络具有分布式存储、联想记忆、自组织、自适应、自学习能力,在非线性预测方面具有独特的优势。在对BP神经网络进行改进的基础上,进行了煤自燃极限参数的预测,应用结果表明,人工神经网络适合于煤矿井下此类复杂问题的预测。     

BP神经网络煤自燃危险等级测评模型的研究及应用

基于煤自燃机理和自燃的各影响因素的综合分析，研究应用人工神经网络实现矿井自燃危险等级评测。通过建立矿井煤自燃发火等级测评指标体系和BP网络测评模型，采用现场实际数据对神经网络模型进行训练，训练校验结果表明该模型能较准确评测矿井自燃发火等级。针对赵各庄矿的实际情况进行了应用，测评误差满足实践要求。     

自然发火实验测定煤低温氧化活化能

煤低温氧化活化能是分析煤自燃特性的重要指标。文章提出了利用可加热的小型自燃发火实验台测定煤低温氧化活化能的方法。利用该方法测试了不同自燃倾向性、不同粒度范围煤样的低温氧化活化能,并研究了动态吸氧量、粒度与活化能之间的关系。运用自然发火实验可以准确测定实际煤体的低温氧化活化能,测试结果符合实际的煤低温氧化特性,可以较好地表征煤自燃倾向性。     

济宁2^#井煤样自燃倾向性测试

利用大型煤低温自然发火实验台，对煤自燃特性参数进行了测定和计算，确定了煤的自然发火期、临界温度、气体产生率、放热强度和极限参数，为煤自然过程的研究和煤自燃火灾的预测打下了基础。     

煤低温自然发火的热效应及热平衡测算法

煤在低温自烧发火过程中的热效应是多种多样的,但主要是煤与氧的化学反应热。通过装煤850kg的大型煤低温自燃发火实验台模拟煤自燃过程,根据实验台测定的温度场变化和传热学理论,推导出计算不同温度时松散煤体低温氧化放热强度的热平衡测算法。通过对不同煤样的自燃发火测试,利用该方法推算出不同的煤在相同温度下的放热强度,为煤自燃特性的定量分析及自燃发火预测提供了理论依据。图1,表1,参8。     

不同瓦斯浓度条件下弱黏煤低温氧化动力学参数研究

为研究采空区内部不同瓦斯浓度条件下弱黏煤低温氧化特性及动力学参数变化规律，采用煤自燃程序升温实验系统测试分析了不同瓦斯浓度条件下弱黏煤低温氧化过程中气态产物随温度变化规律，并计算得到弱黏煤低温氧化过程中的极限参数及活化能。结果表明：CO可以作为弱黏煤自燃防控的主要预测指标气体，C₂H₄和第二火灾系数R₂可以作为预测弱黏性煤自燃程度的辅助指标；不同瓦斯浓度煤样的极限参数的最值都分布在60～85℃的温度范围内，与煤自燃临界温度比较相近；随着甲烷体积分数从0增加到4%时，弱黏煤表观活化能呈现出逐渐上升的趋势，分别增加了35.061、18.426、25.837 kJ/mol。     

褐煤自燃倾向测定及其低温氧化反应过程研究

褐煤的自燃是一个缓慢的低温氧化过程,搭建煤自燃倾向测定实验台,采用篮热法测定不同煤种的自燃倾向,求得不同煤自燃的动力学参数,并采用热重和傅里叶红外光谱(FTIR)揭示其低温氧化反应机理,分析褐煤自燃倾向的影响因素。实验发现,水分含量的高低会影响自燃发生的时间,但不影响煤种最终的自燃倾向。褐煤的自燃倾向性是与煤的低温氧化反应性直接联系的:褐煤在低温氧化反应过程中,主要发生烷基侧链断裂,然后氧化反应放热,造成热量的积累。煤中烷基侧链基团含量越高,芳香烃含量越低,其氧化反应性越强,更易发生自燃;煤样比表面积决定了对氧的吸附能力,吸附能力越强,其低温氧化反应性越高,越容易发生自燃。     

煤自燃过程指标气体产生规律的系统研究

煤自燃过程指标气体广泛用于煤自燃情况的判定。利用程序升温对煤进行低温氧化的方法,对煤自燃过程指标气体产生规律进行系统研究和分析,发现煤低温氧化过程指标气体产生的主要规律有:不同指标气体开始出现的温度不一样;同一种指标气体在不同氧化活性的煤体中出现的温度不同;各种指标气体产生速率随温度上升而增大。并利用煤自燃过程产生自由基和逐步自活化反应的机理对煤自燃过程指标气体产生规律进行了科学合理的解释。     

济宁2#井煤样自燃倾向性测试

利用大型煤低温自然发火实验台,对煤自燃特性参数进行了测定和计算,确定了煤的自然发火期、临界温度、气体产生率、放热强度和极限参数,为煤自燃过程的研究和煤自燃火灾的预测打下了基础.     

煤自燃发展过程微观反应机理函数

煤的自燃机理是煤自燃防治的理论基础。现有的煤自燃机理函数在煤的高温氧化阶段拟合的较好,但在低温氧化阶段,由于动力学特性参数测试求解的准确性导致拟合效果较差。采用微量热仪C80,测试了煤样从室温到200℃的不同升温速率下的低温氧化产热特性。基于煤产热特性,得到了煤样在低温氧化过程中动力学特性参数随着反应进程的实时变化规律,确定了煤低温氧化过程的动力学机理函数即一维扩散(D1)机理函数,微分形式为f(a)=1/2a。     

水浸煤体自燃极限参数和氧化动力学的研究

煤经水浸泡后的自燃特性会发生变化,为了研究水浸煤的自燃特性,采用煤自燃程序升温实验装置,进行经过3个月水浸泡煤样和原煤样的程序升温实验,研究煤的自燃特性。计算了两种情况下煤样的耗氧速率、放热强度,得出了煤自燃极限参数和表观活化能。煤经水浸泡后,煤分子的表面活性官能团增加,低温阶段的氧化放热性增强,自燃危险性增大。     

煤自燃倾向性色谱吸氧鉴定法与应用

煤是一种多孔性固体，对气体具有吸附能力。煤的自燃根本导因在于表面的吸氧，在低温、常压下它对氧的吸附符合Ｌａｎｇｍｕｉｒ方程的吸附规律。论述了基于此理论提出的煤自燃倾向性鉴定方法、专用仪器及其应用。     

煤自燃极限参数的实验研究

煤自燃极限参数的确定是煤层自燃预测技术的基础。利用”XK-Ⅲ型”大型煤低温自然发火实验台真实模拟了某矿煤的自燃过程,对煤样自燃特性参数进行了测算,结合现场实际条件,可推算出下限氧浓度、上限漏风强度和最小浮煤厚度等极限参数,为该矿煤自燃预测及防治提供了重要的依据。     

煤表面自燃特性结构综述

根据近代煤化学结构理论,分析总结了煤低温氧化过程中煤表面化学活性结构的变化规律,发现:桥键、侧链中的甲基、亚甲基、羟基、羰基、醚氧键等自燃特性结构首先与氧发生作用,表现为脂肪烃类侧链及官能团的减少和含氧官能团的先增加后减少,同时伴随热量的不断产生,为煤自燃体系的持续反应奠定基础。可见,煤表面自燃特性结构的数量多寡和活性强弱对煤自燃的低温氧化阶段有重要作用。     

易自燃煤漫反射红外光谱特征

为了更好地模拟煤低温氧化阶段的化学结构变化，分析了漫反射及透射红外谱图，利用漫发射红外光谱分析了自燃倾向性不同的煤样原煤及低温氧化煤的化学基团，探讨了煤样中芳烃、脂肪烃和含氧官能团在低温氧化过程中的变化规律.结果表明：漫反射红外光谱法在研究颗粒表面氧化过程中的化学成分变化比透射法更加灵敏，得出了易自燃煤与不易自燃煤低温氧化前后的微观结构差异，其中，1 596～1 604 cm^-1处的芳香烃（C＝C）,1 640～1 650 cm^-1处的酰氨（-CO-N-），1 736～1 722 cm^-1含氧官能团（C＝O）和1 900～1 910 cm^-1处的脂肪烃（C-C）存在明显差异.     

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。     

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...     

煤低温氧化的临界氧气浓度的若干确定方法

针对煤矿井下煤炭自燃的问题,简要说明了煤低温氧化的临界O_2浓度研究进展,并对目前主流的煤自燃指标气体研究法、煤自燃O_2浓度变化研究法、煤样热重实验研究法和交叉点温度研究法分别进行了阐述和评价。     

基于传感器的煤自燃倾向氧化动力学测温电路设计

煤自燃具有一定的不稳定性,自燃温度和氧化程度随环境变化较大。以煤自燃倾向氧化动力学理论为基础,设计了煤单元温度测量电路,实现了电路的软、硬件单元设计。为了提高测量精度、克服煤自燃温度变化的非线性问题,文章采用分区插值函数进行分段线性计算,取得了高精确度效果。通过煤自燃倾向温度测量实验,验证了该传感器电路的稳定性、高精度以及可靠性。