浸水程度对煤自燃特性影响研究

煤矿开采过程中,地下水流入煤层裂缝,煤体受到不同程度水量浸泡,其自燃特性受到影响不利于矿井防灭火工作。为研究不同浸水程度煤体自然特性,对唐山矿0250煤层煤样进行水浸煤制作,对不同浸水程度煤样进行程序升温、低温液氮吸附、傅里叶红外光谱实验。得出实验结果：随着浸水程度的提高,比表面积下降,大孔比例增加,耗氧速率和CO、CO2产生率提高;脂肪烃基团含量降低,芳香烃和含氧官能团含量增大。实验结果表明：浸水导致煤体小孔向大孔转化,孔隙与裂隙的连接性增强,导致煤体与氧气接触面积增大,有利于对氧气的物理吸附;浸水促进过氧络合物的生成,有利于对氧气的化学吸附;随着浸水量的增加,羟基（-OH）含量提高,煤体在低温氧化阶段表现出氧化特性越明显,羰基（C=O）、羧基（-COOH）含量增加,导致煤体氧化燃烧阶段氧气消耗量、耗氧速率及CO、CO2产生率提高;浸水促进了煤体内官能团的相互转化。     

硫对长焰煤自燃过程影响的试验研究

为研究硫对煤自燃过程的影响,以典型义马长焰煤为例,采用氧化动力学方法,测定了不同FeS_2含量混合煤的自燃倾向性、煤自燃分段升温产物特性,分析了不同阶段FeS_2对煤氧化的作用,并从煤基元反应的角度解释了硫对煤自燃过程升温产物特性的影响。研究结果表明:低温阶段,FeS_2阻碍煤的氧化,且与添加量呈正相关;加速阶段,促进煤的氧化,且随添加量增加呈先增大后减小的变化趋势,并得出硫对长焰煤自燃倾向性影响的临界值为5%。FeS_2混合煤与水和氧气发生的化学放热反应,激发了基元反应,促进CO、CO_2、C_xH_y等原始赋存气体的脱附和活性基团氧化自反应气体的生成,且生成量与速率均大于原煤。     

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。     

长焰煤燃烧特性热重实验及动力学分析

为了进一步了解和掌握长焰煤的自然发火过程,利用热重—差热同步热分析仪对唐家会矿长焰煤进行热重实验,分析了不同氧气体积分数及升温速率下煤样的TG、DTG曲线、特征温度、DSC、DDSC曲线和热反应动力学参数。结果表明,同一氧气体积分数下,升温速率增大时TG、DTG、DSC、DDSC曲线的变化趋势相同且均向高温侧偏移,而相同升温速率下,氧气体积分数增大时TG、DTG、DSC、DDSC曲线均向低温侧偏移。氧气体积分数分别为6%、12%、18%时,煤样活化能分别为187.65、194.13、200.78 kJ/mol,随氧浓度增大而增大;升温速率分别为2、5、10℃/min时的煤样活化能分别为242.94、208.51、200.78 kJ/mol,活化能随着升温速率的增大而减小。此研究结果可以为类似赋存长焰煤的矿提供防治煤自燃灾害的理论基础。     

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。     

长焰煤低温氧化主要官能团迁移规律研究

煤自燃是引起煤矿火灾的主要原因,宏观上表现为煤自燃释放热量不断积聚,最终导致煤体升温引发火灾;微观上表现为煤中的活性官能团不断与氧进行各种氧化反应产生热量,不同煤种微观结构的种类和数量不同导致煤自燃倾向性不同。为研究典型杨伙盘长焰煤的原始波谱图、特征温度点的红外结构参数变化规律和主要官能团的迁移规律,采用原位漫反射傅里叶变换红外光谱测试系统,测量煤氧化过程中官能团的变化,得到了长焰煤原始煤样的波谱图;采用Origin软件对原始波谱进行分峰拟合,得出了各官能团的含量;计算分析了不同特征温度点下的红外结构参数,并与阳泉无烟煤进行了对比分析。结果表明:原始煤样中长焰煤的内表面积比较大,内部结构疏松,脂肪氢含量较多,脂肪链长度较短,芳香缩合度较低,更易发生自燃;随温度升高,各个温度点结构参数I_1长焰煤小于无烟煤,结构参数I_2长焰煤大于无烟煤,结构参数I_3长焰煤为先递减后递增的趋势;长焰煤中羟基、脂肪烃和含氧官能团是较活跃的基团,主要受自身羟基含量、烷基侧链和脂肪烃长链的影响,在煤氧化过程中变化较大,对煤的氧化反应影响较大;芳香烃在长焰煤中的变化较小,相对比较稳定。     

浸水干燥烟煤微观结构与自燃特性关联性研究

为了探究浸水煤微观结构对煤自燃能力的影响,将不黏煤浸水处理,浸水时间分别为5 d、15 d、25 d和35 d,采用全自动比表面积分析仪、X射线衍射仪和同步热分析仪研究浸水煤孔隙分布、芳香微晶结构及热失重特性,并采用灰色关联方法掌握浸水煤中芳香微晶结构参数与表观活化能之间的相关性。结果表明,当浸水时间超过15 d后,浸水煤比表面积分别增大了0.78%、8.97%和23.61%。随着浸水时间的增加,浸水煤的芳香层片层间距增大,有效芳香层片数目减小,且浸水煤的芳香层片延展度和堆砌高度均小于原煤。同时,浸水煤的干裂温度和最大失重速率温度逐渐减小,且BNM-35的表观活化能最低,这主要是受煤中有效芳香层片数及芳香层片堆砌高度的影响。研究成果为采空区内遗煤自燃防控提供理论基础。     

不同变质程度煤二次氧化自燃的微观特性试验

为探讨煤二次氧化特性,采用煤质分析、FTIR傅里叶红外光谱分析和程序升温实验分别对榆树井褐煤、黄陵烟煤和汝萁沟无烟煤的原始煤样及其氧化后（二次氧化）煤样进行微观自燃特性对比研究。结果表明：二次氧化煤样中C含量减小,O含量增大,水分减少;而比表面积与孔隙率增大,导致与氧发生反应的面积增大,致使氧化反应前期二次氧化过程中产生的CO浓度大于一次氧化。随着温度的升高,氧化反应后期煤分子中羟基、脂肪烃等活性官能团数量随之变化并大量消耗和再生,裂解产生C2H4气体,导致二次氧化过程中产生的CO浓度和C2H4浓度小于一次氧化。此外,二次氧化煤样特征温度点均提前于原始煤样,使得发生自燃的时间提前,说明二次氧化煤样氧化性强于原始煤样,更容易自然发火。     

阜康矿区白杨河西煤层气井网布设的探讨

为调查并评价新疆阜康矿区白杨河西煤层气的资源潜力和可采性,在白杨河西一带布设了煤层气小井网。通过对该区地形地质条件和煤层气储层特征的分析,结合国内其它地区小井网布设的经验,确定采用"W"型布设井网,并确定了井间距,以期对今后本区煤层气勘查有所借鉴。     

煤自然发火期预测模型研究

通过对煤自燃过程及总参数的理论分析，得出煤体自然发火期与表征外界散热条件的毕渥数Bi、表征煤体散热性的煤体导温系数α和表征煤体放热性的参数A有关．根据大型煤样自然发火实验台(1．5t)的测定结果，求出与发火期相对应的煤体等效放热强度，并拟合出等效放热强度与表征煤体自燃性强弱的特征放热强度的函数关系，从而建立了实验条件下煤体自然发火期预测模型，该预测模型中未知参数少，易确定，预测误差小于15％．     

煤变质程度对煤自燃特性的影响

为了更好地研究煤变质程度对煤自燃特性的影响,选取常村无烟煤、东欢坨气煤、崔矿褐煤等5种不同变质程度的煤样作为实验对象,利用差示扫描量热仪(DSC),通过实验得到不同变质程度煤样的热流差零值点温度、吸热峰峰值温度,吸、放热速率等数据。研究表明：变质程度越高的煤,其热流差零值点温度越高,吸热峰峰值温度越低;变质程度最高的无烟煤吸、放热速率最慢,变质程度最低的褐煤吸热速率最快。变质程度高的煤更不容易自燃。     

煤自燃过程特性及防治技术研究进展

煤炭是我国的主体能源,但煤炭开采面临着有煤自燃灾害的严重威胁。煤自燃不仅烧毁大量煤炭资源,还易引发瓦斯燃烧、爆炸等重特大事故,造成巨大的经济损失和重大的人员伤亡。为了进一步提高煤矿企业对煤自燃灾害的防控能力,推动我国煤炭资源的安全高效开采,分析了煤自燃理论的研究现状,总结了煤自燃监测预警的主要方法和技术,对比分析了煤矿常规的防灭火技术,介绍了煤自燃防治技术的最新发展及应用效果,并提出了煤自燃过程特性及防治技术的未来研究方向。较详细地阐述了煤自燃过程及特性理论基础,主要包括煤自燃的低温氧化过程机制、煤自燃分段过程特性及特殊条件下的煤自燃特性;较全面地总结了包括标志性气体方法、测温法等多种煤自燃监测预警技术的原理以及各类技术的优缺点。在上述煤自燃理论和监测预警基础上,针对常规注浆、注惰气等技术对煤自燃防控效果有限、难以满足矿井安全高效开采的问题,研发了三相阻化泡沫、凝胶泡沫、无机固化泡沫、稠化砂浆等防灭火技术,同时介绍了液氮(液态二氧化碳)快速灭火降温技术。此外,为了满足煤矿智能化、精准化开采对矿井煤自燃防治的新要求,在矿井火灾监测指标信息化与预警智能化、火源辨识与防治技术控制精准化、防灭火材料绿色化等方面提出了下一步的研究展望。     

露天煤堆群自燃特性的数值模拟

为了研究露天煤堆群中各煤堆之间自燃趋势的差异,采用数值模拟方法分析了先低后高、等高、先高后低3种排列方式下煤堆群整体的温度及CO分布情况,结果表明：迎风向首座煤堆的形状规模会影响后方煤堆的漏风强度,首座煤堆越高,掠过的风流越不易直接进入第二座煤堆;在堆放18 d时先高后低排列方式的煤堆群高温区面积较其他2种排列方式的显著缩小;CO最易集聚的地点在2座煤堆之间区域,煤堆高度不均易使风流绕过煤堆后形成大面积低速涡流,产生CO富集区;煤堆间距从2 m增大至8 m后,煤堆间CO质量分数从2.3×10^-5降低至1.2×10^-5以下。煤堆群中每座煤堆体现出不同的自燃危险性,日常安全管理应考虑煤场中每座煤堆的自燃特性,合理制订防火技术方案,及时采取防火措施。     

港口煤堆自燃原因及防自燃技术浅析

以中煤公司在秦皇岛港现场管理为例,对港口煤堆自燃原因及防自燃技术进行了分析,提出减少注水、加速煤炭运转速度等方法来防止港口煤炭的自燃。     

煤自燃高温贫氧氧化燃烧特性参数的实验研究

针对现有煤自燃特性参数测试装置的特点和不足,根据煤田火区高温、贫氧的燃烧特点,设计建造了XKGW-1型煤田火区燃烧特性参数测试实验装置。利用该实验装置模拟了煤田火区的燃烧过程,得到了煤样从常温到600 ℃高温过程中的宏观特性参数规律。实验结果表明,煤样可以在高温、贫氧浓度条件下,继续发生反应,放出大量的热量,维持火区的发展扩大。在火区发展演化的过程中,煤样的升温速率会因水分蒸发等原因出现减小的现象,但总体呈增大趋势;煤样的耗氧速度在50 ℃之前特别缓慢,之后迅速增大,氧浓度急剧减小,当煤温升高到约130 ℃左右,氧气浓度降低到3%以下,并持续缓慢降低;CO和CH4的产生量的变化规律相似,都随煤温的升高而升高,并且在110 ℃之前产生速率较慢,之后逐渐增大;CO2,C2H4,C2H6的产生量的变化规律相似,均随煤温的升高先增大后减小,但峰值点所对应的煤温有所不同。     

置于楔形热板上的煤自燃特性数值模拟

基于着火和阴燃蔓延两步化学反应,构建了煤自燃楔形热板模型,考虑了热对流以及热辐射,研究了置于楔形热板上的煤自燃特性.首先进行了模型可靠性验证,之后对楔形热板上的煤样自热温度特性、自热过程的多物理参数的变化以及最敏感点火位置进行研究.研究结果表明:构建的数值模型与实验结果有较好的一致性,楔形热板上的煤样发生热失控的临界温...     

煤自燃氧化升温过程特性参数及标志气体研究

为了预防任楼煤矿52煤层自然发火,做好煤自燃发展程度的前期预测,准确预报工作,采用煤自燃程序升温试验,测试分析了52煤层煤样的耗氧速率、CO、CO2和CH4产生率等特性参数变化规律,以及CO、CH4、C2 H6、C2 H4等气体随煤温变化规律,确定了煤自燃标志气体.结果表明:52煤层煤样耗氧速率、CO、CO2和CH4产...     

采用绝热式自燃测试方法分析煤的自燃倾向

对煤的自燃倾向进行快速有效鉴别,有助于对煤的自燃倾向采取分级分类管理从而有效防治煤矿火灾,因而采用绝热式自燃测试方法对煤的自燃倾向进行准确分析很有必要。简要介绍绝热式自燃测试方法的测试原理及其仪器结构,模拟煤炭自燃的物理过程,通过采用包括反应器、气体预热铜管和跟踪温度控制方式等综合绝热措施以实现300 g煤样的自然发火实验,记录煤样从40℃上升到70℃的升温速率(或前30 h的升温速率),测试煤样的自燃特性曲线并分析曲线特征。即建立煤绝热氧化产热速率计算模型,结合实验数据计算所得的煤在绝热氧化条件下的升温速率和产热速率可鉴定煤自燃倾向性的强弱。采用绝热式自燃测试方法对不同煤的自燃倾向分析后表明,无烟煤和部分烟煤的自燃倾向较低,褐煤的自燃倾向较高,故而在煤矿开采时需特别注意褐煤的自燃倾向。