冲击地压条件下低变质煤自燃特性研究

利用程序升温试验装置,以宽沟煤矿I010206综放工作面B₂煤层为研究对象,在单轴加压7.5 MPa条件下开展不同粒径煤样的程序升温实验,分析B₂煤在不同粒径条件下在升温氧化过程中CO,CH₄,C₂H₆,C₂H₄等气体的产生规律,并计算了不同粒径煤样的耗氧速率、气体产生速率。研究结果表明：超过临界温度后,随煤温升高,产生的标志气体浓度由缓慢增长变为急剧增长,且随煤样粒径减小,其增长速率逐渐增大,耗氧速率和气体产生速率也逐渐增大,自燃氧化临界温度70℃,干裂温度为110℃。     

基于油浴程序升温试验系统的煤自燃特性研究

为了掌握煤自燃的规律,采用油浴程序升温试验系统,对亭南煤矿不同粒径煤样进行了程序升温试验,发现油浴程序升温试验系统比空气介质的程序升温系统稳定;可以采用CO和C2H4作为自燃预测预报的指标气体;亭南煤样自燃临界温度为55～70℃,干裂温度为90～110℃,煤样粒径越小则煤自燃的临界温度和干裂温度也越小;煤样耗氧速率、气体产生速率随煤温的升高而增大,煤样粒径分布范围越宽的煤样的耗氧速率越大.     

准东大井矿区主采煤层自燃氧化特性试验研究

采用程序升温氧化试验装置对准东大井矿区主采Bm煤层进行了氧化特性试验。研究了其不同粒径煤样自燃临界温度TC、CO初始温度、格雷哈姆指数及CO、O2随温度的变化和其它CnHm气体初始温度。试验表明:在该试验条件下,CO初始温度随煤样粒径的减小而增加,平均CO初始温度为66.37℃;随煤样粒径减小,临界温度有所增加,平均临界温度为154.73℃;Ta-TCO段平均耗氧速率为0.2454mL/min·℃-1,TCO-Tb段平均耗氧速率为4.0049 mL/min·℃-1;随氧化进程继续(即TCO-Tb段),80~100目粒径煤样温度耗氧速率高于120~140目、160~180目粒径煤样耗氧速率,表明该阶段其反应活性大于其他粒径实验煤样反应活性;70~100℃范围内实验煤样R3较R1、R2表征作用更明显;根据氧化特性实验数据,可将CO、温度、O2浓度、格雷哈姆指数R3及C2H4、C2H6、C3H8作为矿井防灭火监测指标指导采场煤自燃火灾防治。     

基于指标气体增长率分析法测定煤自燃特征温度

为测定煤自然发火时的特征温度,采用程序升温试验系统,并在指标气体分析法的基础上,建立指标气体增长率分析法,选取CO和C2H4指标气体、φ(CO)/φ(CO2)和链烷比及其增长率进行分析,得出取自多矿不同变质程度煤样的煤的自燃特征温度:福城矿不黏煤的临界温度为70~80℃,干裂温度为110~120℃;水帘洞矿弱黏煤临界温度为70~80℃,干裂温度为115~125℃;玉华矿长焰煤临界温度为60~70℃,干裂温度为100~110℃;赵楼矿气肥煤临界温度为80~90℃,干裂温度为110~120℃。分析结果表明:基于指标气体增长率分析法得到的不同变质程度煤样的自燃特征温度同指标气体分析法得到的特征温度一致,且变质程度越高的煤样越不易被氧化。     

基于程序升温实验的同组煤氧化动力学分析

为了研究同组煤的自燃特性,选取淮南矿区3个煤样进行程序升温实验,分析了煤样的耗氧速率和放热强度,通过积分法算出煤样的特征温度和煤氧复合反应的活化能和指前因子。结果表明:新庄孜11煤的耗氧速率和放热强度均小于张集6煤和潘一8煤;同组煤的特征温度较为接近,临界温度在70~80℃之间,干裂温度在115~125℃之间;各煤样的活化能和指前因子均随着反应的进行而增大;根据特征温度点将反应划分为3个阶段:Ⅰ阶段,新庄孜11煤的活化能和指前因子大于潘一8煤和张集6煤;Ⅱ阶段,张集6煤的活化能和指前因子均大于新庄孜11煤和潘一8煤;Ⅲ阶段,潘一8煤的活化能和指前因子大于张集6煤和新庄孜11煤。     

预氧化煤自燃特性试验研究

为研究预氧化煤自燃特性参数变化规律,采用程序升温试验研究原煤和预氧化煤的自燃特性。结果表明:与原煤相比,随着温度增加,预氧化至90℃的煤样耗氧速率、CO产生率、CO2产生率、放热强度均大于原煤;随着温度的增加,预氧化至130℃的煤样与原煤的耗氧速率、CO产生率、放热强度曲线的交叉温度为80~90℃,预氧化至170℃的煤样的交叉温度为110~120℃,小于交叉温度时,预氧化煤的耗氧速率、CO产生率、放热强度大于原煤,超过交叉温度后小于原煤;小于80℃时,预氧化至130、170℃的煤样的CO2产生率大于原煤,超过80℃后小于原煤;预氧化煤的最小浮煤厚度、下限氧浓度极值减小,上限漏风强度极值增大;煤的氧化程度越高,自燃极限参数极值变化量越大。     

浅埋综采面采空区遗煤CO产生规律实验研究

为探究浅埋综采面采空区遗煤氧化过程中的CO产生规律,本文以高家梁矿浅埋煤层为研究对象,与阳泉矿深埋煤层相对比,利用油浴升温氧化系统对高家梁矿不同煤层的综采工作面煤样和阳泉矿煤样进行了升温氧化实验。研究表明:高家梁矿浅埋深各煤样在低温40 ℃时消耗O₂产生CO体积分数达到1×10-4;各煤样在氧化升温过程中的耗氧速率、CO产生速率和放热强度随温度升高逐渐增加;高家梁矿浅埋深煤样产生了40 ℃和130 ℃两个临界温度,分别对应加速氧化反应起点和剧烈氧化反应起点,而阳泉矿深埋煤层煤样只有一个不明显临界温度,且相对滞后,达100 ℃~120 ℃;在相同煤温下,高家梁矿浅埋深各煤样CO产生量和产生速率、O₂的消耗量和消耗速率均明显大于阳泉矿深埋煤层;高家梁矿浅埋深各煤层比阳泉矿煤层更早进入加速氧化阶段,且所需温度更低。可见,煤层埋藏越浅,升温氧化时煤的耗氧速率和CO产生速率越快,升温对浅埋深煤样的氧化放热促进作用更强。     

粒径对煤低温氧化阶段表观活化能影响试验研究

为探究不同粒径对煤自燃表观活化能的影响，对青龙煤矿三个煤层的不同粒径煤样进行程序升温试验，分析其耗氧速率、CO和C2H4产生规律，得到不同煤样的临界温度点和干裂温度点，并据此将煤低温氧化过程分为3个阶段。通过建立的基于耗氧速率的阿伦尼乌斯公式对试验数据进行处理，得出各煤样不同阶段的表观活化能和指前因子。结果表明：处于相同变化阶段的煤样表观活化能随粒径的增大而增大|对相同粒径煤样而言，若S1阶段的指前因子变化较小，其表观活化能随反应的进行而增大，若S1阶段的指前因子变化较大，则其S1阶段表观活化能大于S2阶段。5～7mm粒径作为临界粒径，其S1、S2阶段表观活化能相较大于其他粒径。混合粒径煤样各阶段的表观活化能较小。对比各组煤样的表观活化能可知，在相同的情况下，18#煤层发生自燃的难度相对较大，16#煤层次之，17#煤层难度相对较小。     

新集二矿含黄铁矿煤样升温氧化特性的实验研究

含黄铁矿煤样升温氧化分析对揭示新集二矿含黄铁矿顶板冒落摩擦升温氧化及自燃特性具有重要理论指导意义。进行了黄铁矿程序升温氧化、含硫黄铁矿程序升温氧化及含黄铁矿煤样程序升温氧化3组实验,得出了黄铁矿煤样升温氧化过程样品的温度变化规律及自燃条件。研究结果表明:黄铁矿升温氧化临界温度约75℃,含硫黄铁矿升温氧化的临界温度约60℃,黄铁矿煤样发生自燃的临界温度为110℃～120℃;少量单质硫对黄铁矿粉氧化温度变化的影响不大,纯煤粉升温氧化的临界温度远高于黄铁矿粉的氧化临界温度。     

党家河矿煤自燃临界温度及自燃倾向性研究

应用程序升温实验测得氧化动力学参数,分析党家河矿煤自燃临界温度及自燃倾向性,结果表明:测试煤层的煤自燃临界温度为78.96℃,干裂温度为109.99℃;根据公式计算确定了测试煤样煤层属于Ⅱ类自燃煤层,并根据C_2H_4气体出现时对应的温度验证了煤自燃临界温度的可靠性。     

基于大型煤堆实验台的煤自燃过程模拟研究

为研究王台铺矿15号煤层的自然发火规律,利用大型煤堆实验台对其进行了试验模拟研究,通过热电偶测得煤体的温度变化情况,得到煤体内的升温速率、耗氧速度、临界温度及干裂温度等煤样自燃特性参数,结合气相色谱仪对煤自燃过程中产生的指标气体进行分析。结果表明：煤温在临界温度80℃以下时,煤的自身氧化反应过程中产生的热量小,煤样耗氧速度较低,煤体很难发生自燃;在80～110℃时,耗氧速度逐渐增加,反应逐渐加强;当煤温超过干裂温度110℃后,氧化反应急剧加快,放热量也随着增大,同时CO和CO2产生率加快,煤体易发生自燃。     

抚顺西露天矿长焰煤高温氧化自燃特性实验研究北大核心

为了研究抚顺西露天矿矿坑内煤自燃氧化特性,在物理性质测试的基础上进行了原煤的自燃氧化特性实验研究,得到了30~600℃高温氧化过程中的宏观自燃特性及其表征参数,并应用标志气体的增长率分析法确定出露天矿长焰煤高温氧化的特征温度点。结果表明:抚顺西露天矿原煤样品含水率含硫量均较低,挥发分高达42%,煤样比表面积较大,微观结构显示大孔和介孔占95%以上,为煤氧化合反应提供了有利的条件;低温氧化阶段氧气体积分数和耗氧速率变化平缓,200℃以后急剧变化,析出的CO和CO_(2)体积分数呈现指数级增长;CH_(4)、C_(2)H_(4)、C_(2)H_(6)、C3H8体积分数随温度的变化规律相似,即在低温阶段都比较小,随着温度的升高缓慢增大,大约350℃之后均迅速增大至峰值。实测煤样临界温度75℃、干裂温度120℃、活性温度195℃、增速温度240℃以及燃点温度315℃,煤样中挥发分含量高导致临界温度较为提前,但燃点温度较常规偏低。热分析实验结果表明:DSC和放热过程可划分为4个阶段,煤样放热量达到了4714 J/g;自由基浓度与温度成递增关系,活性温度时的浓度相较临界温度阶段增长了约50%,燃点温度时自由基浓度达到了临界温度时刻的2倍,自由基活跃会更加促进煤氧化合反应。     

新疆和丰沙吉海矿区主采煤层自然发火特性研究

为了研究新疆和丰沙吉海矿区主采煤层自燃氧化特性,利用程序升温氧化试验装置,研究了不同煤样自燃临界温度、煤自燃特征气体浓度随温度的变化规律,根据试验数据,计算了各煤样不同氧化阶段的温度耗氧速率和放热速率。研究表明:沙吉海矿区煤层不同升温氧化阶段耗氧速率可分为2个阶段,所确定的煤层自燃氧化规律,可为判定煤层自燃氧化的临界温度提供依据。     

陕北侏罗纪煤田浅埋近距离煤层煤自燃预测预报体系研究

为了更好地掌握浅埋近距离煤层煤样的自然发火在不同阶段所显现的特征，并以此为根据及时采取相关措施加以防范，运用程序升温系统测试了2种不同煤层煤样的耗氧速率，结合CO浓度确定了临界温度点。对不同氧化阶段的气体产物进行了研究，并从诸多气体产物中选取了指标气体，结合多参数指标方法，最终建立了多煤层煤自燃预测预报体系。研究结果表明，这2种方法均可计算临界温度和干裂温度，其中2种煤样的临界温度为70℃～80℃，干裂温度为110℃～120℃。在氧化初期耗氧速率和Graham指数变化较小。预测两煤层煤自燃的主要指标为φ(C₂H₄)/φ(CH4)；φ(CO)，φ(C₂H₄)，φ(CO)/φ(CO₂),Graham指数，耗氧速率可作为辅助气体指标。由此建立的煤自燃预测预报体系可以精准地判断煤层自燃所处阶段，为多煤层煤自燃预报及救灾提供参考。     

大型筒仓储煤的倒仓临界温度研究

筒仓储煤过程中须在煤体加速氧化前将其外运,如何判断该临界状态是亟需解决的关键问题,故选取筒仓所储1#、2#、3#煤样进行实验研究,确定各煤样低温氧化阶段的临界温度。程序升温实验所得CO含量及耗氧速率的突增温度分别在60~70、80~90、70~80℃;由绝热氧化实验拟合曲线所得活化能的突变温度约分别为73、86、78℃。实验结果可为煤体倒仓临界温度的确定提供依据。     

水分含量对长焰煤自热反应的影响研究

为解决补连塔矿22煤层采空区煤自燃防治问题,采用程序升温装置对不同含水率煤样进行氧化分析,研究不同含水率煤样耗氧速率、CO和CO_2产生率及放热强度;并推导CO_2绝对生成量与温度之间的关系式,拟合求出煤样临界温度和表观活化能。结果表明:煤样耗氧速率、CO和CO_2产生率以及放热强度随含水率升高先增大后减小,耗氧速率由高至低的含水率为21.55%29.50%13.45%37.56%5.53%,CO、CO_2产生率和放热强度为21.55%13.45%29.50%37.56%5.53%;临界温度随含水率升高先减小后增大,由高至低为37.56%29.50%5.53%13.45%21.55%;水分在临界温度点后对表观活化能影响较为明显,随含水率升高先减小后增大,含水率21.55%煤样表观活化能最低。     

煤粒分散度对遗煤自燃影响的试验研究

为研究采空区遗煤粒度分布规律对煤氧化升温的影响,将采空区遗煤筛分成5组,分别计算各组筛分的煤样占整体遗煤的概率;然后分别对5组煤样和复合粒径煤样进行升温氧化试验。试验结果表明:采空区遗煤粒度分布密度,随粒径的增大呈现先增加后减少的变化特点;不同粒度的煤样耗氧速率随温度升高呈指数变化;在相同温度下,煤样复合粒度耗氧速率与不同粒径煤样的质量加权平均耗氧速率基本一致。     

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。     

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。     

升温速率与煤氧化特征关系的实验研究

运用热重分析方法对铁法晓明煤矿的3种煤样在不同升温速率下进行动力学实验,得出实验煤样在不同的升温速率时的4个特征温度值;且随升温速率的提高,煤样的热重(TG)曲线向右偏移。计算得出3种煤样从常温到着火温度前活化能随升温速率增大而增大,通过进一步的分析,认为实验采用较低的升温速率更有助于得出较为准确活化能值。