基于地表异常特征的浅埋藏煤层火区边界划定

针对我国西部地区浅埋藏煤层分布广泛且易自燃的情况,通过勘察塌陷、裂隙、烟气等地表异常特征,得出了一种快速、高效、低成本的初步确定火区的方法,该方法在车路坡煤田火区进行了应用,并且通过探测钻孔进行验证,达到了80%以上面积的重合率,可为进一步精确探测划定火区范围提供参考。     

环境条件对煤自燃复合指标气体分析的影响

为探讨环境条件对煤自燃复合指标气体分析法的影响,实验研究了气体流量、升温速率、煤样粒径及氧气浓度对煤自燃过程的影响。研究结果表明,实验条件对复合指标气体仍表现出一定的影响,与单一指标气体分析法相比较,复合指标气体分析法受环境条件波动较小,在煤自燃预测中表现出明显的优势。不同的影响因素对不同的复合指标气体表现出不同的影响,但在整个实验过程中,O2/CO 与 O2/CO2受实验条件影响较小,并在煤自燃过程中表现出明显的指示作用。     

煤自燃复合指标气体生成规律实验研究

复合指标气体受环境因素影响较小,能对矿井煤自燃的发生进行及时准确的预报。应用煤恒温氧化装置,模拟采空区蓄热环境,研究采空区遗煤发生氧化反应时指标气体的生成特性,实验选用不同粒径的官地矿焦煤煤样。研究结果表明,随温度增加,H_2/CH_4、O_2/(CO+CO_2)比值减小,CO/CO_2的比值增大,且温度超过80℃后,上述比值会发生剧烈变化。随煤样粒径减小,H_2/CH_4、CO/CO_2比值增大,O_2/(CO+CO_2)比值减小,粒径越小,比值变化趋势越明显。煤样在150℃温度下加热60 min后,复合指标气体比值变化率发生较大改变,这段时间是煤由快速氧化到自燃的关键时期。     

厚煤层大采高综放开采合理放煤步距的相似模拟研究

合理放煤步距的确定是综放工作面进行设备选型以及参数优化的前提,同时也对其采出率及煤质有着重要的影响。在散体介质相关理论的指导下,根据龙泉煤矿煤层地质条件,以大比例相似模拟实验为基础并结合现有理论的研究成果,得出了综放机采高为3.5 m时不同步距下放煤量、回采率、含矸率等放煤效果参数,并在对比分析3种放煤步距的基础上得到了该矿3.5 m大采高条件下0.8 m放煤步距为最合理参数。研究结论与现场实测结果吻合,并成功地应用于4101工作面的生产实践,显著提高了开采效率。     

限定封闭环境煤粒径对煤氧化反应速度的影响

为了进一步研究煤粒径大小对煤低温氧化进程的影响,利用鼓风恒温箱装置和GC-950型气相色谱仪进行了封闭环境内煤恒温氧化实验,测得了煤样反应罐内氧气浓度随时间的变化量,同时计算、比较了几种粒径的煤样在不同时间、不同温度下的耗氧速率。研究表明,环境中氧气浓度直接影响着不同粒径煤样的耗氧量。而且,当氧气充足时,煤样的耗氧速率随着粒径的减小而增大,当氧气浓度不足以维持煤氧充分反应时,不同粒径煤样耗氧速率均呈下降趋势,低氧浓度下不同粒径的煤样耗氧速率和恒温氧化时间之间满足负指数关系,此时煤样耗氧速率变化率数值|V/t|随着粒径的减小,呈现出先降低后升高的趋势,当煤样粒径为1.00~2.00 mm,|V/t|达到最小,耗氧速率下降最慢。     

限定封闭空间内基于CO浓度的煤低温氧化反应特性的试验研究

为了进一步了解煤低温阶段氧化反应特点,运用鼓风恒温箱装置和GC-950型气相色谱仪对褐煤在80℃恒温密闭环境中CO的生成规律进行了研究,研究表明,当氧气浓度充足时,CO生成速率随着煤温的稳定而保持恒定,CO生成量呈线性增加,当氧气浓度下降后,CO生成速率随着恒温时间的延长呈递减趋势,并满足一定关系式。同时,利用电子自旋共振测谱仪(ESR)测试恒温过程不同时间的自由基浓度,从微观上揭示煤的氧化进程,并通过对比研究了80℃临界温度的特殊性。     

风量对煤自燃极限参数影响的实验研究

为了研究不同的风量条件对煤自燃极限参数的影响,采用煤自燃程序升温实验系统,测试了5种不同风量条件下煤样的耗氧速率、CO产生率、CO_2产生率和放热强度,在此基础上计算煤自燃极限参数并分析其变化规律。实验结果表明:不同的供风量导致煤体的氧化放热强度不同,在风量为60 m L/min的情况下煤体放热强度最大;煤自燃极限参数随风量的变化可以分为2个阶段:风量在40 m L/min之前,煤样的最小浮煤厚度和下限氧浓度均随风量的增加而减小,煤样的上限漏风强度随风量的增加而增加。风量在40 m L/min之后,最小浮煤厚度和下限氧浓度随风量的增加近似呈线性增加,上限漏风强度随风量的增加近似呈线性减小,说明在井下开采过程中要注意风量的调节,使煤的自燃极限参数向不利于煤自燃的方向发展。     

煤氧化过程中CO生成机理的原位红外实验研究

为了明确煤氧化过程中CO的生成机理与生成途径,利用红外光谱仪与原位反应池,研究了煤低温氧化过程中,醛基、酮基与醌基3种官能团与CO产生规律的关联性,并对3种CO前驱体的表观活化能进行了推导计算。结果表明：煤在不同氧化阶段的CO是由不同的前驱体生成;3种CO前驱体生成的表观活化能值均小于CO释放活化能,CO前驱体生成反应速率大于CO前驱体分解反应速率;在煤低温初始氧化阶段,对于变质程度较低的褐煤,酮类化合物为生成CO的主要前驱体,而在变质程度较高的无烟煤中,CO释放的主要前驱体为醌类化合物。当煤体温度升高至80 ℃,醛基、酮基与醌基3种官能团的化合物共同作为煤氧化生成CO的前驱体,当煤体温度高于150 ℃,醛类化合物为生成CO的前驱体,与煤种无关。     

亚烟煤低温氧化元素迁移规律及原位红外实验

基于动力学与热力学理论,研究了煤升温过程中C,H,O,N,S五种基本元素的迁移转化规律,同时根据红外实验分析了煤中主要官能团变化趋势。结果表明,煤样在物理吸附和化学吸附阶段,碳氧化合物变化占主导地位,在化学反应阶段,碳氢化合物和含氮化合物变化频率超过碳氧化物。低温氧化过程中,H元素的表观活化能最小,N元素表观活化能最大,而O,S元素的表观活化能为负值,C,H,N元素迁移过程为吸热反应,O,S元素转化过程是放热反应。煤中脂肪族C—H在煤温上升的过程含量逐渐降低。煤中COOH含量与总体的C=O含量变化趋势一致,当温度超过120℃以后,两者含量逐渐增加,此外对煤低温氧化过程涉及到的化学反应步骤也进行了研究推导。