神东矿区石圪台矿2-2#煤自燃特征温度与指标气体实验研究

通过对神东矿区石圪台矿2-2#煤热重分析和程序升温氧化实验,得出了2-2#煤自燃过程中的特征温度以及升温氧化过程中CO、CO2、CH4、C2 H4、C2 H6和C2 H2等气体浓度随温度变化的规律,为石圪台矿2-2#煤自燃的早期预测预报提供了科学依据.     

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。     

基于标志气体统计学特征的煤自燃预警指标构建

采空区煤自燃是影响矿井安全生产的主要灾害之一,标志气体与煤温是煤自燃预警的关键参数,2者之间的数学模型及其统计学特征是构建煤自燃预警指标体系的基础。通过程序升温控制实验,获得了88组煤样气体体积分数随煤温的变化曲线,选择指数函数、多项式函数和Logistic回归函数对气体体积分数进行拟合,以R²,方差SSE和均方差MSE等参数为评价指标,确定了Logistic回归函数为最佳拟合函数;利用Logistic函数拟合标志气体的变化曲线,得到CO与C₂H₄体积分数的4个参数A₁,A₂,p和x₀,基于统计学特征确定上述4个参数的值并检验其有效性,得到"气体-温度"的本构方程;最后,归纳了不同标志气体的初现温度、拐点温度的统计学特征,构建了基于气体统计学特征的煤自燃预警体系并进行了煤自燃危险阶段划分。结果表明:(1) 30～350℃实验温度内,标志气体体积分数变化分为波动段、稳定段和衰减段,气体体积分数与煤温符合Logistic回归模型:CO与C₂     

煤自燃单一指标气体浓度与煤温对应关系的实验研究

为了利用温度来对煤体自燃进行预测预报,根据煤分子结构及其化学活性基团,煤温达到一定的温度阶段就会有相应的指标气体出现,为此,通过气体指标,可以判定自燃煤的温度和其自燃程度。     

采用热重分析法研究煤自燃过程的特征温度

采集兴隆庄矿煤样,分别选取不同的升温速率、氧浓度、粒度等试验条件进行热重分析(TG),得出了75条相应的TG和热重微分(DTG)曲线,通过分析得出了煤自燃过程的7个特征温度,并确定出了相应的温度范围,为研究煤自燃氧化提供了具体的依据。     

煤的自燃指标气体检测

采用煤体加热,吸附浓缩的方法对煤炭自燃过程进行模拟,找出自燃过程中指标气体的析出规律,绘制了浓度比例曲线。此方法大大提高了烯烃作为煤层自然发火指标气体的灵敏度,同时对烯烷比浓度比例曲线与实际发火情况进行对比以验证其规律的正确性,为及时预测预报自然发火和判断火区熄灭情况提供新的重要的参考依据。     

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。     

煤氧化过程中气体的形成特征与煤自燃指标气体选择

利用氧化模拟实验和色谱分析，结合煤岩学分析，对不同性质煤样在氧化模拟实验过程中生成气体的组成和数量进行了详细分析，提出生成气体的组成和数量在内因上主要取决于煤温、煤阶和显微组分组成３个主要因素。将煤自燃指标气体分为三类，建立各类指标气体与煤温、煤阶、煤岩类型之间的数量关系。煤自燃指标气体产率随煤温上升基本上呈指数上升，但煤自燃指标气体产率与煤温相关关系曲线型式受控于煤阶和显微组分组成。不同煤阶煤应     

煤自燃特征温度与微观结构变化及关联性分析

煤自燃灾害严重威胁了矿井的安全生产,掌握煤自燃微观基团和特征温度之间的关联性对煤自燃灾害的防治具有积极作用。为确定不同变质程度煤自燃过程中特征温度和煤微观结构的变化及相互联系,利用热重试验和傅里叶红外光谱实验分别测试了4种不同变质程度煤样自燃过程中的质量变化特性和微观结构,采用皮尔逊相关系数法确定了2者之间的联系。结果表明：随着变质程度的增大,煤中的芳香烃和脂肪烃含量增加,含氧官能团含量减少,3种类型的基团中含量最高的基团分别为C=C,—CH₃和—OH。变质程度高的煤失重曲线和特征温度逐渐向高温区移动,且各特征温度间的间距增大。煤自燃特征温度会随着芳香烃含量的增加而增加,随着含氧官能团含量的增加而降低。芳香烃含量越大,煤自燃越难发生,而含氧官能团则恰好相反。皮尔逊相关系数计算结果表明,随着温度的升高,正相关系数最大的官能团分别为C—H,C—H,C—H,取代苯,C=C和C=C,负相关最大的官能团分别为COO—,COO—,C—O—,COO—,—OH和—OH。整体而言,C—H与特征温度之间正向相关性最大,而COO—则与特征温度呈最大的负相关。特征温度的变化与最大官能团的...     

山西矿区煤自燃指标气体预测研究

通过煤自燃指标气体实验系统,对山西某矿煤层自燃过程中产生的气体种类,以及各气体出现与煤温度的对应关系进行了对比分析,结合指标气体选择的一般原则,确定山西煤矿工作面煤自燃指标气体的选择应以CO和C2H4为主,并辅助参考C2H2指标气体。准确选择煤自燃指标气体对提高煤炭早期自燃预测、预报,防止矿井火灾具有重要指导意义。     

煤自燃全过程高温区域及指标气体时空变化实验研究

煤自燃是煤矿开采过程中诱发瓦斯爆炸灾难的主要安全隐患之一,为了研究煤自燃高温区域的动态变化规律,利用煤自然发火实验炉模拟了煤样从常温至着火点的全过程,全面分析了煤自然发火过程中高温区域、指标气体的时空变化规律,得出：① 在煤自燃过程中,高温点首先出现在低氧浓度分布区,逐步向高氧浓度分布区偏移,即高温点由离进气孔较远的上部逐渐向下部进气孔位置移动。低温阶段,高温点下移缓慢;高温阶段,高温点快速下移。煤体高温点最终停留在约为煤堆高度的3/10处;② 实验中炉内各个区域温度变化差异较大,相应区域指标气体生成速率也随之不同。实验确定了煤自氧化加速点（130 ℃）,当煤体温度达到大约130 ℃时,高温点所处的高度大约为127 cm（煤堆高度的6/10处）,各项指标气体的生成速率v急剧增大,127 cm可作为指标气体生成速率的分界线。分界线之上,v缓慢增大,指标气体产量占总量的比例极小;分界线之下,v急剧增大,指标气体产量所占总量的比例极大。     

珲春地区高瓦斯矿井煤自然发火标志气体研究

为了探究珲春地区高瓦斯矿井煤自然发火情况,选取该地区板石煤矿22、23a和八连城煤矿18#、26#共4个煤层进行程序升温特性实验,分析了CO及烃类气体产生量随温度的变化规律,优选自然发火标志气体,测算煤自燃临界温度。结果表明,板石22、23a和八连城18#、26#四个煤层的自燃临界温度分别为101.0℃、97.6℃、121.0℃、169.1℃。CO和C2H4的初现温度大约在30℃与80～120℃,且产生量随温度单调递增,可作为煤自燃预测预报的主要参考指标|而同时,为了保证检测的全面与准确,还可以将规律性良好的其他烃类气体、烯烷比和链烷比进行辅助参考。     

许疃煤矿煤炭自燃指标气体优选与应用

为了有效预防许疃煤矿3₂38工作面采空区遗煤自燃,通过采集该工作面煤样进行煤自燃倾向性测试和低温氧化试验分析,优选出预测煤自燃指标气体：煤温在20~100 ℃时,以CO作为指标气体;煤温在100~150 ℃时,以C₂H₆作为指标气体;煤温在150 ℃以上时,以C₃H₈作为指标气体,并以链烷比作为辅助指标参数。根据测试结果,采用插值拟合方法,得到各指标气体体积分数与温度之间的函数关系式。基于所建立的拟合函数关系式,通过检测煤体温度,可以计算出CO、C₂H₆及C₃H₈的体积分数,用于推测采空区自燃状况。现场应用结果表明,采空区遗煤自燃预测效果良好。     

煤炭自然发火预测预报的气体指标法

通过中国八大典型煤种煤样的自然发火模拟试验,对煤样氧化自燃气体产物进行了定性和定量分析,得出了各煤种从缓慢氧化阶段发展为加速氧化阶段的灵敏气体指标为:褐煤、长焰煤、气煤、肥煤以烯烃或烯烷比为首选,以一氧化碳及其派生指标为辅;而焦煤、贫煤和瘦煤则以一氧化碳其派生指标为首选,乙烯或烯烷比为辅;无烟煤和高硫煤唯一依据是一氧化碳及其派生指标.乙炔是煤进入激烈燃烧阶段的指标.研究提出了煤自然发火标志气体指标体系应至少包括自热加速和激烈燃烧2个阶段的主要指标,前一个指标是火灾危险预警指标,后一个指标是明火报警指标,同时也可以作为自然发火熄灭程度指标.     

煤炭自燃过程中耗氧速率与温度耦合研究

通过对采集煤样进行热解试验,用气相色谱仪测定了试验煤样在不同热解温度下氧气的含量,分析了氧气随温度变化规律,得出耗氧速率与温度的数量关系,用于判定煤炭自燃的阶段,为科学控制煤炭自燃、防止煤炭自燃的发生提供决策依据.     

高突矿井煤炭自燃预测预报指标参数的研究

阐述了煤炭自燃预测预报理论,对平宝公司己组煤层样进行程序升温氧化测试,结果表明,煤样中释放的CO、CO2、CH4、C2 H6、C3 H8和C2 H4等气体,均不适合作为预报煤炭早期自燃的标志性气体,但煤样低温氧化中火灾系数R1和R2在60～80℃时,有拐点特征出现,可作为预报煤炭自燃的早期信号.     

煤自燃指标气体的吸附与浓缩规律

针对煤自燃指标气体在井下风流中浓度小而无法有效预报煤炭自燃程度的缺点,采用煤自燃指标气体的吸附浓缩实验系统,通过对煤样在不同温度条件下热解放出的烃类指标气体吸附浓缩前后检测结果分析,得出烃类指标气体的吸附浓缩规律,以及气体吸附浓缩后甲烷比、乙烷比、烯烷比与煤温的变化关系,使得相同温度下经吸附浓缩后可检测出的组分增多,且各组分气体检出的初始温度大幅降低,使检测出指标气体的初始温度平均提前了90 ℃左右,提高了各组分气体检测的灵敏度.     

地温在煤自燃过程中的作用分析

通过分析煤体氧化放热性、自燃蓄热条件和供氧条件与地温的关系,推导出煤温与耗氧速度和放热强度的关系式以及热风压和升温必要条件的表达式,同时在煤自燃发火实验台上进行了试验研究,研究结果表明, 温的作用,增强了煤体自身的氧化放热性能,同时改善了自燃的蓄热条件和供氧条件,增大了煤体的自燃危险性。