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。     

高地温环境对煤自燃极限参数的影响研究

针对深井高地温环境对煤自燃极限参数的影响问题,利用程序升温实验研究的方法,进行煤样恒温40℃处理后程序升温和常温条件下程序升温的实验设计,研究煤样的自燃特性,计算两组煤样的耗氧速率、CO产生率、CO2产生率和放热强度,得出煤自燃极限参数的变化规律,实验结果显示:处理后升温的煤样耗氧速率、CO产生率、CO2产生率和放热强度均高于常温条件下升温的煤样,煤自燃极限参数中最小浮煤厚度和下限氧浓度值均减小,上限漏风强度值增大,并且变化率随煤温近似呈线性增长趋势,说明高地温导致煤体的氧化放热性增强,更容易蓄热升温,自燃危险性增大。     

顺层瓦斯抽采周边煤体漏风及氧化特性变化规律研究北大核心

为探究原煤层瓦斯抽采钻孔周边煤体裂隙的发育及漏风导致钻孔内煤自燃问题,采用理论分析、现场测试、室内实验测试相结合的方法,分析了钻孔开挖后钻孔破碎区内的裂隙分布特征,借助SF_(6)示踪气体开展了抽采钻孔进行漏风测定的原位试验,揭示了瓦斯预抽过程中钻孔周边煤体的漏风规律;并采用程序升温-气相色谱联用实验,以某矿215工作面煤样为研究对象,研究了不同供风量条件下煤自燃特性参数随风量的变化规律;得出了耗氧速率、CO产生率等氧化特性参数随煤温和风量变化的函数关系式。结果表明:瓦斯抽采钻孔周边漏风途径主要分为巷道煤壁侧漏风、钻孔裂隙漏风及封孔段漏风;定量得出抽采钻孔周边最小漏风速率介于0.19~0.68 m/min之间,平均漏风速率为0.41 m/min,钻孔的漏风范围大于4.35 m;供风量对煤自然特性参数有着促进的作用。     

高地温环境对煤自燃危险性影响试验研究

为了掌握高地温环境对煤自燃的影响规律,基于程序升温试验,测试分析了恒温40℃处理后升温煤样和常温条件下升温煤样的自燃特性参数,并利用CO浓度随温度变化求解煤体表观活化能的计算模型,对比分析了2组煤样在不同温度阶段的表观活化能变化规律。试验结果表明:高温处理后升温的煤样耗氧速率、CO产生率、CO2产生率和极限放热强度均高于常温条件下升温的煤样,且随着温度的升高该趋势越发明显,同时,其表观活化能均低于常温条件下升温煤样,尤其在低温阶段差异较大,表观活化能更低,说明高温环境导致煤体氧化放热性增强,氧化反应所需能量更低,同等条件下氧化反应速度更快,更容易氧化升温发生自燃,自燃危险性增大。     

预氧化煤自燃特性试验研究

为研究预氧化煤自燃特性参数变化规律,采用程序升温试验研究原煤和预氧化煤的自燃特性。结果表明:与原煤相比,随着温度增加,预氧化至90℃的煤样耗氧速率、CO产生率、CO2产生率、放热强度均大于原煤;随着温度的增加,预氧化至130℃的煤样与原煤的耗氧速率、CO产生率、放热强度曲线的交叉温度为80~90℃,预氧化至170℃的煤样的交叉温度为110~120℃,小于交叉温度时,预氧化煤的耗氧速率、CO产生率、放热强度大于原煤,超过交叉温度后小于原煤;小于80℃时,预氧化至130、170℃的煤样的CO2产生率大于原煤,超过80℃后小于原煤;预氧化煤的最小浮煤厚度、下限氧浓度极值减小,上限漏风强度极值增大;煤的氧化程度越高,自燃极限参数极值变化量越大。     

不同初始应力下卸荷煤体氧化特性

为探讨不同初始应力下卸荷煤体氧化特性,采用程序升温实验、煤岩三轴蠕变实验、压汞实验对易自燃原煤样及其不同初始应力下卸荷煤样进行微观氧化特性对比研究。结果表明:宏观方面,不同初始应力下卸荷煤体比原始煤样更容易氧化,特征温度点下各实验煤样的CO产生量-应变曲线与轴应力-应变曲线具有相似的规律,且煤样氧化能力随初始应力大小变化曲线呈"驼峰状",当初始应力达到15 MPa,煤岩处于塑性变形裂隙扩展阶段,煤样卸荷后与氧气接触能力显著增强;初始应力达到25 MPa,煤岩处于应变软化阶段,煤样卸荷后与氧气接触能力最强,间接增强了煤样的氧化能力。不同初始应力下卸荷煤体的特征温度点均提前于原始煤样,使得发生氧化自燃的时间提前。微观方面,煤体总孔容和孔径分布共同制约着氧化反应进程,初始应力使煤体的孔容积、孔径增大,小孔和微孔是O_2与煤基质氧化反应区域的主要贡献者,小孔、微孔孔容值和比表面积随初始应力的变化趋势与实验煤样氧化能力随初始应力变化趋势相同。根据实验结果,随着煤层埋深增大,地应力增高,采动卸荷后煤体氧化危险程度增大;当煤层赋存地应力随埋深达到临界值后,采动卸荷后煤体氧化危险性程度将会降低;对于同一开采水平,应力相对集中区卸荷后煤体将更易发生氧化自燃,其氧化难易程度与煤体强度、赋存应力存在一定关联。     

基于大型煤堆实验台的煤自燃过程模拟研究

为研究王台铺矿15号煤层的自然发火规律,利用大型煤堆实验台对其进行了试验模拟研究,通过热电偶测得煤体的温度变化情况,得到煤体内的升温速率、耗氧速度、临界温度及干裂温度等煤样自燃特性参数,结合气相色谱仪对煤自燃过程中产生的指标气体进行分析。结果表明：煤温在临界温度80℃以下时,煤的自身氧化反应过程中产生的热量小,煤样耗氧速度较低,煤体很难发生自燃;在80～110℃时,耗氧速度逐渐增加,反应逐渐加强;当煤温超过干裂温度110℃后,氧化反应急剧加快,放热量也随着增大,同时CO和CO2产生率加快,煤体易发生自燃。     

高地温环境对煤自燃特性影响的试验研究

为了研究井下高地温环境对煤自燃的影响,采用程序升温试验装置对煤样预先40℃恒温氧化后进行程序升温试验,通过对比常温下进行的试验过程,得出高温环境下煤体的气体产生率、耗氧速率及放热强度高于常温下氧化煤体,自燃危险性有所增加。     

高地温环境对煤自燃特性影响的试验研究

为了研究井下高地温环境对煤自燃的影响,采用程序升温试验装置对煤样预先40℃恒温氧化后进行程序升温试验,通过对比常温下进行的试验过程,得出高温环境下煤体的气体产生率、耗氧速率及放热强度高于常温下氧化煤体,自燃危险性有所增加。     

田陈矿大采深高地温厚煤层自燃特性研究

为研究田陈矿北七采区高地温煤层煤自燃特性,采集3下煤层煤样进行了地温35℃恒温及程序升温煤炭氧化自燃模拟实验。研究结果表明:3下煤层煤样在30~200℃的氧化过程中呈现"三级加速与两级减速"阶段特性;进入一级加速阶段后,煤氧化速度急剧增加,因此以CO作为预测预报煤氧化自燃的标志性气体时,应在其进入一级加速氧化阶段之前。当漏风流速大于0.25 m/min时,煤达到最大的氧化能力,氧化产热速率快;当小于0.25 m/min时,煤的氧化能力因供氧不足而受到限制。研究结果对采空区自燃危险区域的判定以及煤自燃预测预报具有重要指导意义。     

火成岩影响区CO异常涌出机理及预测研究

为探究火成岩影响区CO涌出原因及预测技术,火成岩入侵中高温作用对煤结构、自然氧化能力的影响,以模拟热环境和实际火成岩影响区煤样结合的方法进行试验研究。采用了不同温度预处理煤样模拟岩浆侵入热变质作用,进行了压汞试验和煤体CO吸附试验以探究热环境对煤变质、CO吸附和孔隙结构的影响;选用林南仓矿距火成岩入侵距离不等的3个工作面煤样进行对比试验,分别进行了程序升温、红外光谱、热重等试验来探究煤体CO释放规律及其升温氧化原因分析,确定了林南仓矿火成岩影响区CO赋存情况及其自然发火预测指标。结果表明,在试验温度(300℃)下,热作用是煤体煤阶升高的主要原因,温度升高可使煤中微孔和大孔数量增加,煤体表面积和孔容相应增加,孔隙连通性增强;程序升温试验中,林南仓矿距火成岩入侵距离小的煤样能更早进入剧烈氧化阶段,更容易在较低温度释放大量CO,因此可以判断火成岩入侵造成的高温环境改变煤体结构(煤体孔容增加、孔隙连通性增强),从而提高了煤体吸附CO的能力和自然氧化中氧气与煤体接触的能力;提出以φ(CO2)/φ(CO)浓度比值作为林南仓矿的自然发火预测指标,解决了现场回采工作面自然发火的预报预测难题,对同类矿山煤自燃的防治有较高的应用价值。     

煤矿井下CO气体区域综合治理实践研究

为防止采空区漏风导致煤体氧化自燃产生火灾或其他灾害的发生,通过现场检测与地面化验得到王台铺煤矿15#煤二盘区采空区CO气体参数变化情况,结合采空区煤体自燃理论,现场实施了均压调风、堵漏、注氮气等防治煤体进一步氧化措施,最终使CO、O2气体浓度降到临界值以下,阻止了次生灾害的发生。     

多元硫化物对煤体微观形貌和自燃特性影响的研究

为了研究井下多元硫化物对煤体微观形貌和自燃特性的影响,分别测试了不同含硫量煤样的真密度、孔隙率、微观形貌和吸氧量等参数。结果表明:煤样孔隙率随含硫量的增大而增大;原煤样加入FeS2和FeS,使表面细微颗粒物增多;经氧化升温,块状煤体破碎成若干细颗粒,促进了煤的自燃;FeS对促进煤的低温吸氧和缩短煤的自然发火期的作用略大于FeS2;在相同煤温条件下,CO产生量随硫含量的增大呈先增大后减小的趋势,硫含量分别为3%和4%时,CO和C2H4的产生量最大。     

低变质程度煤二次氧化自燃特性试验

为了控制复采工作面的自然发火,遏制二次氧化灾害的发生和发展,采用煤自燃程序升温试验系统对选取的榆树井褐煤、玉华长焰煤、安山不黏煤和黄陵1号弱黏煤4种低变质程度煤样进行二次氧化自燃特性试验研究。结果表明:煤自燃氧化反应前期,二次氧化煤样产生的CO浓度、耗氧速率和放热强度等自燃特性参数均高于一次氧化煤样产生的量;而煤自燃氧化反应后期,二次氧化煤样的自燃特性参数低于一次氧化煤样。反应后期裂解产生C2H4,且二次氧化煤样产生的气体浓度小于一次氧化煤样。二次氧化煤样的特征温度点均向前移动,低于一次氧化煤样,说明二次氧化煤样氧化性增强,自然发火的危险性增大。     

林南仓矿煤自燃氧化特性研究

为研究林南仓矿煤的自燃氧化特性,从不同煤层、不同采区采取典型煤样8个,分别进行了煤的自燃倾向性和煤升温模拟氧化实验。实验结果显示,该矿8个煤样分别为Ⅰ类容易自燃和Ⅱ类自燃,自燃危险性较高。该矿煤在常温下就具有很强的氧化能力,并产生CO气体。根据煤低温氧化过程产生的气体量以及气体浓度的变化规律,将自燃氧化过程划分为缓慢氧化、加速氧化和激烈氧化3个阶段,并确定了温度范围,为指导煤层自燃火灾防治提供了依据。     

CO_2与N_2抑制煤炭氧化自燃对比实验研究

在分析CO2与N2抑制煤层自燃氧化机理的基础上,将兴隆庄矿煤样分别通入CO2和N2气体惰化12h后,利用油浴程序升温实验系统对比分析程序升温实验过程中煤样CO产生率和耗氧速率等参数变化特征。实验表明:吸附CO2气体的煤样在脱附完成后CO的产生量小;煤样中吸附的CO2煤体随温度升高脱附量越大,当煤体温度达到140℃以上时,基本完全脱附,随后煤自燃特性与未吸附的煤样基本一致;在干裂温度下,煤样吸附CO2后比吸附N2煤样CO产生量和耗氧速率小,CO2比N2抑制煤样自燃效果更好。     

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.     

实验模拟采空区煤自燃早期气体释放规律研究

为探究煤矿采空区煤自燃早期气体释放规律,预防采空区火灾,采用实验室模拟采空区不同氧浓度下煤氧化升温过程。实验设计煤样在17%、14%、12%、8%氧浓度气流下进行程序升温。研究结果表明:在220℃温度以下,煤体释放CO、CH4和CO2气体量与煤温成正相关,在12%氧浓度与14%氧浓度间煤的自燃能力被明显抑制;采用CO2/CO比值与煤体温度关系进行指数函数式拟合采空区煤自燃早期较为准确。     

煤层处置二氧化碳模拟实验研究

为了研究CO2在煤层中的储存能力与置换驱替CH4特性,利用沁水煤田潞安矿区3号煤层大尺寸(100 mm×100 mm×200 mm)煤样,在确定应力约束条件下,开展了CO2在煤体中的吸附特性与其在含甲烷煤试样中的驱替实验,并对含甲烷煤和不含甲烷煤中CO2的储存特性做了对比分析。结果表明:在模拟真实地应力(围压=轴压=8 MPa)条件与0.5 MPa注入压力作用下,180min内试验煤样中储存CO2量达11.03 L,CO2在测试煤体中的渗透率随其吸附量的增加而减小;在既定的地应力条件和近于14.93 cm3/g煤层平均瓦斯含量条件下,当CO2注入压力由0.5 MPa提高到1.0 MPa时,CO2在试验煤体中的储存量可提高93.00%、储存率提高13.50%、相应CH4的解吸量提高了18.13%;在实验初期,CH4的解吸量高于CO2的吸附量,随注入过程的持续,煤体中CH4的解吸量逐渐趋于平缓且远小于CO2的吸附量;同等条件下,含CH4煤比不含CH4煤可多储存59.29%的CO2,储存率提高了12.51%。     

煤自燃多参数预报指标试验研究

针对采用CO单一指标不能有效预测大佛寺煤层自燃的现状,通过模拟现场真实的漏风、蓄热条件,研究了大佛寺煤矿煤自燃多参数预报指标气体随煤温升高的变化规律。根据试验结果,确立了以φ(CO)/φ(CO2)、Graham指数、Δφ(CO)/Δφ(O2)为主的多参数预报指标体系。结果表明:当φ(CO)/φ(CO2)指数分别在0.1、0.1~0.2、0.2范围时,Graham指数在3、3~6、6时,分别对应大佛寺煤样的自燃氧化阶段、自燃氧化加速阶段和剧烈自燃氧化阶段。