供风量对褐煤自燃特性参数影响的实验研究

为研究煤自燃时期生成气体对诱发瓦斯爆炸的影响,选取瑞安煤业4^#煤层褐煤为实验煤样,通过管式炉程序升温和色谱分析仪研究供风量为40、120、200 mL/min时对煤自燃时期生成气体的影响,得到不同温度条件下管式炉出口O2、CO、CO2气体摩尔浓度,并计算了褐煤低温氧化阶段耗氧速率、气体生成速率和放热强度与煤样温度之间的关系。结果表明:随着温度升高,煤样的耗氧速率、CO生成速率、CO2生成速率、放热强度与温度之间均呈指数关系变化;煤样的耗氧速率与放热强度呈线性递增关系,相同耗氧速率下,当供风量为120 mL/min时放热强度最大,当供风量为200 mL/min时放热强度最小。     

武乡矿区多煤种低温氧化阶段特性参数研究

针对数值模拟过程中因煤自然发火导致瓦斯爆炸所需的重要基础数据不足,在试验室借助热重试验研究不同煤种质量和放热量的变化规律,得到不同煤样发生低温氧化时的温度区域。通过管式炉程序升温和色谱仪开展不同煤样产生气体分析试验,确定在不同温度时管式炉出口不同气体的含量,得到耗氧速率、CO与CO_2生成速率、放热强度与温度变化规律。试验结果证明:着火温度与煤的变质程度呈正比关系,煤的变质程度越高,发生低温氧化时温度区域越宽;温度相同时,煤的耗氧速率、CO与CO_2生成速率、放热强度与变质程度呈反比,变质程度较差的煤,更加容易发生自燃;CO产生速度高于CO_2产生速度;随着温度的升高,耗氧速率、CO与CO_2生成速率、放热强度指数关系升高;放热强度与耗氧速率呈线性关系。试验结果可用于煤发生自燃时的数值模拟和预测火区发生瓦斯爆炸危险性。     

CO_2在煤层中的渗流特性试验

利用含瓦斯煤热流固耦合三轴伺服渗流装置,开展了不同压力条件下CO_2气体在煤层中的渗流特性试验,并探讨了煤岩渗透速率对应力变化响应的敏感性。研究结果表明,在相同轴压不同围压条件下,随着孔隙压力的增大,CO_2渗透速率增大;围压越大,CO_2渗透速率越小;在相同围压不同轴压条件下,随着轴压的增大,CO_2渗透速率随之减小。孔隙压力越大,应力敏感性系数负向增大,煤样对应力的敏感性越好。在不同轴压与围压条件下,随着应力的升高,应力敏感性系数逐渐降低,即应力越高,煤样渗透速率对应力的敏感性越差。     

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。     

不同氧浓度下煤氧化动力学参数的试验研究

为研究煤低温氧化动力学参数和氧浓度的关系,配比了5.9%、10.2%、16%、21.3%4组不同氧浓度的氮氧混合气,并与混合粒径的煤样在自制的油浴式煤低温氧化试验系统进行升温氧化试验;测得不同温度下煤样罐出口氧气的体积分数,并且进行了重复试验;结合试验数据,得到了煤在不同氧浓度下和不同温度下的标准耗氧速率,并通过推导得到表观活化能Ea和指前因子A的值和变化规律。结果表明:在相同温度下各组的标准耗氧速率是相同的,Ea和A的值并不随着氧浓度的改变发生变化,为固定值。     

恒温解吸附煤样低温氧化特性试验研究

为了研究解吸附煤样的自燃特性,运用煤低温氧化试验系统测试了煤样在氮气条件下恒温解吸附及解吸附再次氧化升温特性,分析了解吸附过程的气体产物规律和解吸附煤样的自燃特性参数,研究原煤和解吸附煤样的氧化、放热特性。结果表明:恒温解吸附过程中产生CO、CO_2、CH_4气体,CO_2的气体产生量远大于CO、CH_4,随着箱温温度的升高,气体产量也增大;与原煤相比,恒温30℃和50℃解吸附煤样的耗氧速率、放热强度均小于原煤;在70℃之前,恒温70℃解吸附煤样与原煤的耗氧速率和放热强度相似,在90~110℃之间出现交叉温度点,交叉温度点之前原煤的耗氧速率、放热强度大于恒温70℃解吸附煤样,之后小于原煤,说明不同恒温解吸附过程对煤的自燃特性的影响具有一定的差异。     

CO2与H2O对煤炭急速气化反应活性的 影响分析

为探讨煤气化反应过程中合成气CO和碳氢化合物(HCs)的产量,以及水对煤气化反应活性的影响,应用自制的CO_2激光束以200℃/s的急速加热系统在CO_2富集环境中(O_2浓度≤10%),通过改变实验的升温速率、氧气浓度及煤样润湿度等条件,进行了煤的气化与燃烧特性实验。实验结果表明:在煤的气化与燃烧过程中,随着加热温度的升高,煤样的质量损失与合成气的产量不断增加,且煤样的质量损失与转化气体环境之间的关系为Air富CO_2富N_2;在富CO_2气体环境中,随着加热温度的升高,O_2浓度5%环境的CO气体和HCs气体的产量相对较大;此外发现CO气体生成量相对降低,而HCs生成量相对增加,这一结果表明煤在CO_2富集气体环境的气化燃烧过程中,CO气体的生成主要依赖于O_2浓度,而HCs的生成则主要依赖于H_2O。     

浸水时间对煤低温氧化特性影响的实验研究

为了研究不同浸水时间对煤低温氧化特性的影响,在恒温50℃和程序升温30~180℃2种条件下对潞宁矿5组煤样进行实验;通过计算标准耗氧速率、标准CO及CO2生成速率来判断浸水时间对煤低温氧化特性的影响。结果表明:随着煤样浸水时间的增加,煤样的低温氧化能力先增强后下降,并且存在某个浸水时间最易促进煤样的低温氧化;无论浸水时间长短,在155℃以后浸水煤样的氧化能力都超过原煤。     

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。     

MgCl_2对煤一次氧化与二次氧化影响的实验研究

为研究MgCl_2对煤一次与二次氧化的影响,采用程序升温法分别研究了长焰煤一次氧化和二次氧化的不同特征。结果表明:未经MgCl_2阻化处理的煤样,一次氧化的CO、CO_2产生量和耗氧速率均高于二次氧化;经MgCl_2阻化处理后的煤样,煤温低于110℃时,一次氧化的CO、CO_2产生量和耗氧速率均低于二次氧化,煤温在110~140℃时,二次氧化比一次氧化反应更完全。     

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。     

重复升温对煤低温氧化特性影响的试验研究

为了研究重复升温对煤自燃规律的影响,利用自主设计的油浴式升温氧化装置,对同一煤样连续进行了2次重复升温试验,测得了不同温度下煤样罐出口处多种指标气体的浓度,并对各次升温后的煤样进行了工业分析。在此基础上,计算得到了煤的耗氧速率,以此来判断重复升温对煤氧化能力的影响。研究表明:随着温度的上升,耗氧速率和指标气体浓度均逐渐增大;随着重复升温次数的增加,在相同温度下,耗氧速率和指标气体浓度呈递减趋势,表明重复低温氧化降低了煤的氧化能力。     

空气流量对遗煤自燃特性影响研究

通过将潞安集团潞宁矿的原煤按质量等分成5组,利用自主研发的煤程序升温实验装置分别对5组煤样进行程序升温实验,利用气相色谱仪对程序升温过程中生成的气体进行分析并计算,研究了升温过程中空气流量对煤的实际耗氧速率、标准耗氧速率和标准放热强度的影响。研究结果表明:不同空气流量下标准耗氧速率曲线和标准放热强度曲线都呈指数增长;标准耗氧速率曲线和标准放热强度曲线的变化不受空气流量大小的影响。     

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。     

西山矿区不同煤种低温氧化时热动力学参数研究

针对数值模拟过程中因煤自然发火导致瓦斯爆炸所需的重要基础数据不足,在试验室借助热重试验研究不同煤种质量和放热量的变化规律,得到不同煤样发生低温氧化时的温度区域。通过管式炉程序升温和色谱仪开展不同煤样产生气体分析试验,确定在不同温度时管式炉出口不同气体的含量,得到耗氧速率、CO与CO2生成速率、放热强度与温度变化规律。试验结果证明:着火温度与煤的变质程度成正比关系,煤的变质程度越高,发生低温氧化时温度区域越宽;温度相同时,煤的耗氧速率、CO与CO2生成速率、放热强度与变质程度成反比,变质程度较差的煤,更加容易发生自燃;CO产生速度高于CO2产生速度;随着温度的升高,耗氧速率、CO与CO2生成速率、放热强度指数关系升高;放热强度与耗氧速率成线性关系。试验结果可用于煤发生自燃时的数值模拟和预测火区发生瓦斯爆炸危险性。     

水浸煤体自燃特性实验研究

为了研究煤体在水环境浸泡后的自燃特性,通过煤自燃程序升温实验装置,对预先处理的水浸煤样和原煤样进行程序升温试验,对比分析了两者的指标性气体产生率和耗氧速率,发现当煤体温度升高至130℃左右时,浸泡煤样耗氧速率及CO、CO2生成率大于原煤样,并且其C2H6、C2H4产生的温度较原煤样的110℃提前到了90℃。分析研究上述实验结果,这是由于水浸煤体含水量及煤分子结构发生变化而造成的。     

水的酸碱性对煤低温氧化特性影响的实验研究

为了研究不同酸碱度的水对煤低温氧化特性的影响,利用自主研发的煤程序升温实验装置对潞宁矿5组煤样进行实验,检测得到不同条件下煤样罐出口的多种指标性气体的浓度;通过计算标准耗氧速率、标准CO及CO2生成速率和甲烷的浓度变化规律来判断水的酸碱度对煤低温氧化特性的影响。结果表明:在不同温度阶段,水的酸碱性对煤低温氧化特性的影响有明显差异,当温度超过160℃时,中性和酸性水环境对煤氧化有一定促进作用;而碱性水环境在温度高于55℃时,一定程度上可以抑制煤氧化。     

塔拉壕煤矿煤自燃指标气体试验分析

为判断矿井煤自燃的发展状况,对塔拉壕煤矿2号煤层的原煤煤样开展了试验分析。在梳理了国内外预报煤的自燃状况所用的方法后,通过自燃性程序升温试验,得到了塔拉壕煤矿包括Graham指数,CO/CO_2指数和可检测到的C_2H_4等自燃指标气体数据,并研究了各指数的判定指标与温度的对应关系。结果表明,塔拉壕煤矿煤样在70℃以上的温度下才出现少量的C_2H_4气体,如井下检测到C_2H_2,说明温度已经超过到200℃以上; CO_2/CO值低于20应注意,可能有温度升高到临界温度以上;煤样氧化产生的CO浓度比较大,反映出Graham指数远大于许多煤矿的判断标准,应在生产中注意。     

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。     

指标气体与温度耦合的烟煤自燃预测模型研究

我国烟煤产量在煤炭总产量中的比例很大,以烟煤自然发火预测预报为研究对象,采集多家典型烟煤生产矿山煤样,通过烟煤程序升温氧化实验,分析实验结果提出CO_2/CO浓度比值为自燃过程判定标准。研究认为:CO_2/CO浓度比值大于40时,烟煤温度小于70℃;温度大于160℃时,逐渐趋近于常数3;CO_2/CO浓度比值为3~40时,烟煤温度为70~160℃。根据实验结果,优化选择指数函数构建低温条件下烟煤自燃预测模型,给出了预测模型的统一形式和不同煤样自燃预测模型系数与截距,认为烟煤预测模型的系数与截距有较大的离散性,具体值应根据煤样性质、实验条件等因素确定。经实验监测数据验证,该模型具有良好的有效性和实用性。