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。     

基于采空区自燃“三带”测定优化注氮参数

为了防止综放工作面采空区遗煤自燃,提高注氮防灭火效果,合理确定出注氮参数。基于煤炭自燃理论及采空区O_2浓度变化规律,利用在采空区预埋氧气传感器,监测采空区O_2浓度随工作面推进度变化情况,确定出采空区自燃"三带"范围,并在同发东周窑煤业有限公司8102综放工作面应用。     

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。     

孤岛工作面自燃“三带”区域指标气体分析研究

为保证南庄矿井孤岛工作面采空区自然发火防治工作做到安全、科学、有效,采用沿进风和回风顺槽埋管监测的方法,对采空区气体进行取样分析,定期监测采空区O_2、CO、CO_2、CH_4指标气体浓度,利用O_2浓度确定采空区自燃"三带"分布范围,并结合采空区遗煤自燃理论,分析采空区"三带"分布特征及指标气体浓度变化规律。结果表明,CO和(CO/CO_2)这两种指标分析能较准确地反映采空区自燃危险区域,通过监测其浓度能预测采空区自燃危险程度,对采空区自然发火作趋势预判,为孤岛工作面防灭火方案的制订提供科学依据。     

回采工作面气体浓度分布统计规律

煤自燃是影响矿井安全生产的主要灾害,而指标气体是预警煤自燃最有效的参数之一。为了掌握采空区气体浓度分布特征,为煤自燃预警提供数据支撑,本文基于统计学理论研究了采空区气体的分布特征,并利用小波变换分析了采空区CO浓度变化的周期性。研究结果表明:采空区内的O_2浓度服从正态分布,CO浓度服从对数正态分布;相同盘区的采空区煤自燃"三带"分布具有相似性,且进风侧漏风带宽度大于回风侧约10m,氧化带宽度比漏风带宽20～30m;采空区CO浓度具有显著的周期性,存在第一主周期和第二主周期,且在第一主周期内,CO浓度变化符合"高-低-高"的分布特征,其分布周期与工作面周期来压时长相同。该研究结果对掌握采空区气体分布规律及煤自燃预警具有重要的工程意义。     

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.     

小庄煤矿采空区自燃“三带”分布特征研究

为了防止采空区内遗煤氧化积热自燃诱发矿井火灾,以小庄煤矿40201工作面采空区为研究对象,通过现场实测采空区内O_2和CO浓度,利用Matlab软件得到O_2和CO浓度的分布规律和等值线图,以O_2浓度作为自燃“三带”的划分指标,获得试验工作面采空区自燃“三带”的分布范围,将O_2和CO浓度进行叠加,确定采空区内高危险区域的范围,并计算了工作面的最大停产整顿时间为7 d。真实、直观地显示出采空区自燃“三带”的分布情况,能够为小庄煤矿采空区防灭火工作的实施提供技术支撑,确保40201工作面的安全回采。     

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。     

柳塔煤矿1~(-2)煤层自然发火规律研究

为掌握柳塔煤矿1-2煤层的自然发火规律,实验研究了1-2煤层煤自燃特性基础参数及指标性气体,得出CO可作为1-2煤层煤自燃早期预测预报的指标性气体。现场对12201综采工作面采空区进行煤自燃"三带"测试,分析O2和CO 2种主要气体浓度随时间和推进度变化规律,得到以O2临界浓度为标准划分的1-2煤层煤自燃氧化带范围为从工作面向采空区深部48～150 m。     

程序升温条件下煤自燃倾向性实验研究

为验证湖西褐煤、柴里气煤、袁庄气肥煤及百善无烟煤四种不同变质程度煤样的自燃倾向性,测试其在程序升温条件下的交叉点温度、40℃~200℃范围内的CO浓度及40℃~70℃的O_2浓度。结果表明,随着变质程度的升高,同一温度下生成的CO量逐步减少,O_2浓度逐步增加;且交叉点温度值(CPT)也随变质程度提高逐步增加,以此可知四种煤的自燃倾向性从高到低为:湖西褐煤、柴里气煤、袁庄气肥煤、百善无烟煤。     

工作面采空区氧化规律研究及应用

张双楼煤矿7煤为自燃煤层,存在采空区自然发火危险。为了观测采空区O_2、CO浓度以及温度变化规律,在74101工作面建立采空区测温和取样观测系统,通过模拟74101工作面采空区在不同边界条件和通风参数条件下的采空区氧化规律,确定了74101工作面最佳供风量范围和最低回采速度,为有效防治采空区自燃灾害提供理论依据。     

采空区漏风对煤自燃危险性的影响

为了了解潞安温庄煤矿采空区漏风量的增加对采空区煤自燃的影响,进行了采空区自燃"三带"的测定,根据O2浓度和CO浓度的变化趋势,分析了采空区煤炭自燃危险性的变化。结果表明:温庄煤矿采空区漏风量的增加导致自燃"三带"的宽度变大,但煤自燃的危险性降低。     

煤自燃危险区域高密度网络化监测预警系统设计与应用

针对大面积采空区煤自燃危险区域监测预警的技术难题,提出了煤自燃危险区域高密度网络化监测预警技术,设计了煤自燃危险区域高密度网络化监测预警系统的架构;研发了集温湿度、CO、O_2、CH_4、压差传感器于一体的矿用多参数无线传感器;基于Linux操作系统和嵌入式Web技术,设计了矿用无线监测基站,实现内网、外网跨平台访问实时监测信息;开发了基于Web的煤自燃危险区域高密度网络化监测预警软件。工业性试验结果表明,该系统实现了煤自燃危险区域气-温-压差的高密度网络化监测,保障了矿井安全生产。     

预报煤自燃的气体指标优选试验研究

通过煤自燃程序升温试验对峁底煤矿预报煤自燃气体指标进行试验研究,利用试验得到煤氧化热解过程中各阶段的气体组分和浓度,通过格氏火灾系数和链烷比等方法对试验所得数据进行处理分析,依据指标气体优选原则,选取CO浓度、第二火灾系数R2、链烷比φ(C2H6)/φ(CH4)作为判断峁底煤矿煤自燃的主要气体指标;以CH4浓度、C2H4浓度、C2H6浓度、第一火灾系数R1和第三火灾系数R3以及烯烷比作为辅助气体指标;峁底煤矿煤样的自燃临界温度为60~70℃,干裂温度为110~130℃。该方法对于快速有效判断煤炭自燃阶段和程度,预测预报煤层自燃有一定的指导作用。     

大南湖煤矿3~#煤层自燃特性实验研究

为了掌握煤自燃特性参数,对大南湖煤矿3#煤层不同粒径的煤样进行了程序升温实验,测定了不同粒径的煤样在不同温度下产生的CO、CO2、CH4等气体的浓度。根据气体浓度变化规律,得出了不同条件下的气体产生率、耗氧速度等自燃特性参数。通过计算分析,得出了大南湖煤矿的煤自燃临界温度和裂解温度,以及不同粒径对煤自燃的影响,为大南湖煤矿煤自燃的预防提供了基础数据和理论依据。     

基于大佛寺矿的煤自燃多参数指标气体实验研究

针对采用CO单一指标气体作为煤自燃判别依据的局限性,通过模拟采煤工作面真实漏风、蓄热环境,研究了大佛寺矿煤自燃多参数预报指标气体随煤温升高的变化规律。根据实验结果确定了以CO/ΔO_2,CO/CO_2,C_2H_4/C_2H_6为主要指标气体的多参数预报体系。研究成果对大佛寺矿的防灭火工作具有很好的指导意义。     

煤自燃阶段性预测预报临界指标实验研究

以杭来湾煤矿3~#煤层为研究对象,采用煤自燃程序升温与色谱分析联用实验系统,对不同粒度的煤样进行氧化升温实验,测算了耗氧速率、气体产生率及放热强度等煤自燃特征参数,确定了划分煤自燃缓慢、加速及剧烈氧化阶段的临界温度值,优选了不同氧化阶段的指标气体及其临界范围,得到了C_(CO)/C_(CO_2)与Δ_(CO)/Δ_(O_2)为煤自燃进入加速氧化与剧烈氧化的临界判别指标,为杭来湾煤矿3~#煤层自燃的分级预警及科学防控提供了理论依据。     

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。     

和顺矿区无烟煤自燃特性的实验研究

煤自燃火灾是威胁矿井安全生产的主要灾害之一,研究煤自燃特性能够为矿井的煤自燃火灾防治提供理论基础。通过煤自燃特性测试系统对和顺矿区煤样的自燃特性进行了测试分析,分析结果表明,和顺矿区无烟煤的氧化交叉温度150℃;CO、C2H4、C2H2气体浓度变化情况及C2H4/C2H6、C2H4/C3H8的比值变化情况能够反映和顺矿区煤自燃的趋势;煤样的耗氧速率随温度的升高逐渐增大,自燃临界温度在60~70℃之间,裂解温度在130~140℃之间。     

采空区煤自燃多参数监测系统的设计与应用

现有的采空区煤自燃监测方式存在监测参数单一、易出现故障、温度测量范围较小、误差较大及维护成本高等问题,根据煤自燃发火的原理及特点,研制了一套采空区煤自燃多参数监测系统。该系统采用分布式光纤原理实现对温度的测量,应用束管监测原理,通过循环分路抽气方式,实现对井下采空区内CH_4、O_2、CO_2、CO相关参数进行连续、在线、就地采集和分析。示范工程实际应用结果表明,该系统可实现对井下采空区多参数的实时自动监测,提高采空区煤自燃发火识别与预警的时效性、准确性及可靠性,提升矿井火灾防治水平。