变氧浓度条件下煤自燃特性参数实验测试

利用煤自然高温程序升温实验台对清水营煤矿煤样在变氧环境下的耗氧速率、气体释放速率及放热强度等自燃特性参数进行测试。测试结果表明:在不同氧浓度条件下,煤样的耗氧速率在不同阶段变化规律不同;在程序升温过程中,CO和CO2气体产生速度可预报煤层的氧化、自燃状况;在不同氧浓度下煤样的放热强度规律也很明显。测试结果为采空区遗煤自燃防治提供了理论基础。     

小风量对煤低温氧化产生气体的影响研究

为了明确小风量对煤自燃产生气体的影响,采用自制煤自燃程序升温实验装置,研究分析了不同小风量(1、2 mL/min及3 mL/min)条件下气体产生规律。结果表明:常温下氧浓度在13.08%时,煤样仍能够发生氧化;风量越小,氧浓度越低,CO气体浓度越高;工作面供风量减小,导致采空区出现CO气体浓度增大,停采时间越长,采空区CO气体浓度越大,但是并不能证明采空区温度有上升趋势。     

采空区不同粒径遗煤自燃特性实验研究

为了研究采空区不同粒径遗煤自燃特性,基于煤氧复合学说,采用煤自燃程序升温试验装置测试6种粒径下随煤温变化的自燃特性参数。试验结果表明,双柳矿13302综放面煤样的临界温度为70~80℃,干裂温度为110~120℃;在整个升温过程中,耗氧率及CO、CO_2气体产生量与煤温成正比,与煤样粒径成反比;CO气体可作为预测煤矿采空区自燃的指标性气体,而CH_4和C2H6不能作为预测煤矿采空区自燃的指标性气体。试验结果可为采空区自燃危险区域判定提供基础参数。     

变氧环境下林南仓矿煤自燃早期预测模型

为了在实验室人工模拟煤的自燃情况,选择8个林南仓矿典型煤样,进行绝氧条件下和8%、12%、14%、17%四个氧浓度环境下的程序升温实验,用气相色谱数据处理系统,直接生成各气体组分数据,并对多组数据进行对比分析。根据多种实验结果,建立CO_2/CO指数形式预测预报模型。借助SPSS软件,通过t检验法对建立的煤自然发火评判模型进行可靠性检验。在变氧环境下,利用建立的指数模型,对CO_2/CO比值随温度变化关系进行拟合,拟合相关系数较高,说明指数函数拟合法可以作为煤自燃早期预测模型。     

煤低温氧化标志性气体分析及优选研究

为了预测采空区遗煤自燃问题,以豹子沟煤矿10101综放面采空区遗煤为研究对象,利用煤自然发火气体产物模拟试验系统测试煤低温氧化过程标志性气体释放种类。试验表明:采空区遗煤与氧气发生低温氧化过程中,会伴随产生CO、CO_2、CH_4、C_2H_2、C_2H_4、C_3H_6、C_3H_8和C_4H_(10)等气体。分析发现CO浓度随采空区遗煤低温氧化阶段温度升高而逐渐增大的程度比其他气体更明显。CO是标志煤低温氧化的最佳气体,对采空区CO进行研究有利于早期预测采空区遗煤自燃情况。     

贫氧条件下煤自燃特性实验研究

针对煤矿井下采空区等高自燃危险性区域内氧浓度通常较低的情况,选取上湾矿12号煤层煤样作为试验样品,分别开展了供氧浓度5%,8%,11%,14%,17%和21%条件下的程序升温实验,分析了CO,CO_2和C_2H_4的生成规律,测算了不同供氧浓度条件下的自燃临界温度,探讨了自燃临界氧浓度。结果表明:随着供氧浓度的降低,相同煤温条件下氧化产物的生成量减小,C_2H_4首次出现的温度延迟;根据C_2H_4首次出现温度和自燃临界温度的变化规律判断上湾矿12号煤层的临界氧浓度为8%。研究结果对采空区自燃"三带"观测时氧浓度下限判定指标的选取和井下贫氧环境中煤自燃火灾的预测预报研究具有一定的指导意义。     

变氧浓度环境下煤自然发火气体预报指标优选

针对清水营矿煤自燃特征,设计了煤自燃高温程序升温实验炉,采用该实验炉将清水营煤矿煤样分别在在3%、5%、9%、13%、17%、21%的氧浓度条件下进行程序升温实验并对比分析。研究了不同氧浓度条件下气体生成规律,分析了变氧条件下对煤自燃进程的影响,掌握了不同氧浓度条件下煤氧化气体产生特性,在此基础上对清水营矿煤在不同氧浓度环境下指标气体进行优选。     

煤自燃过程中气体产物特性及预测指标气体选择实验研究

采集大海则煤矿20101工作面煤样,分别在氧浓度为20.96%、18%、12%、7%、5%、3%的条件下开展了程序升温实验,研究煤自燃过程中气体产物特性,获得了不同氧浓度下煤自燃生成的气体产物类别及浓度变化规律,分析了不同氧浓度下O₂、CO、CO₂、CH₄、C₂H₆、C₃H₈、C₂H₄、链烷比、烷烯比随温度变化的规律,在此基础上对大海则20101工作面煤自燃预测预报的指标气体进行了优选。研究结果为大海则煤矿煤自燃预测预报提供了依据。     

采煤工作面采空区自然发火综合防治技术

为解决采煤工作面回采过程中采空区出现自然发火隐患,通过现场取煤样实验,确定煤自燃特性参数,并且确定以CO、C 2H 4气体为现场煤自燃标志性气体。分析了在高抽巷未及时垮落影响下的采空区煤自燃诱因及自燃征兆凸显过程,现场采用了以堵漏、降温、高抽巷降压控氧为主要手段的协同防控技术。对高抽巷内气样进行检测结果表明,回采工作面采空区的CO浓度得到了有效控制,确保了采煤工作面的安全回采。     

煤炭自燃特性试验与应用研究

利用程序升温试验装置对新鲜煤样进行热解实验,测定了在不同温度下O2,CO,CO2及其他碳氢化合物的浓度,分析了气体浓度随温度的变化特性。讨论了预测、预报煤炭自燃发火的指标气体,得出了以CO作为核心指标气体,C2H4和C2H4/C2H6比值作为辅助指标气体的结论。以研究结果为依据,应用热电偶测温探头对7312-2采空区煤温进行实时监测并取得了很好的预测效果,可以比较准确地反映采空区煤炭自燃趋势。研究结果对提高煤炭早期自燃预测、预报的准确度和防止矿井火灾有重要指导意义。     

超长综采工作面撤架期间煤自燃预测及防控技术研究

为治理济宁二号井9303超长综采工作面撤架周期长、采空区遗煤量大、存在漏风等问题导致的采空区煤自燃,基于数学建模、程序升温试验、现场原位监测相结合的方式,研究了适合超长工作面撤架期间煤自燃预测与防控一体的综合防治技术。根据已有的对推采期间上隅角CO预测研究与现场条件推演停采撤架期间上隅角CO浓度数学模型;通过程序升温-色谱分析试验获得采空区遗煤氧化升温过程中CO与C_2H_4的生成规律;依据煤自燃危险区域判定理论对采空区自燃"三带"分布进行现场观测,通过上隅角CO浓度预测数学模型、采空区束管监测数据以及工作面参数计算得到上隅角CO预测浓度,判断采空区遗煤自然发火危险性;最后结合预测结果、工作面发火特点以及煤自燃防治工作经验,提出封堵减漏、惰化降温等防控措施。结果表明:遗煤氧化升温的临界温度为60～80℃、干裂温度为110～130℃、采空区遗煤氧化升温标志气体随温度变化呈类指数增长;常温、临界温度、干裂温度三个特征温度对应的上隅角CO体积分数预测范围分别为:≤36.30×10~(-6)、(410.02～1 758.05)×10~(-6)、(12 264.33～38 197.95)×10~(-6);通过上隅角CO浓度预测与现场监测值对比分析,成功预测了停采撤架期间采空区煤自燃程度,所提出的针对性防控措施成功消除了煤自燃隐患,保证了撤架工作的顺利进行。     

神东北部矿区水浸煤自燃标志性气体产生规律

采用煤自燃氧化程序升温实验,对水浸煤自燃标志气体产生规律进行了研究,对比分析了不同含水率水浸煤与原煤CO产生率、CO_2产生率、CH_4产生率、C_2H_4浓度、C_2H_6浓度、耗氧速率随温度的变化规律,发现在低温氧化阶段,水浸煤中水分的存在降低了原煤开始快速氧化的温度点,对煤自燃具有促进作用,水浸煤CO和CO_2气体产生率、耗氧速率高于原煤;在快速氧化阶段,水浸煤中水分的蒸发对煤自燃具有阻碍作用,水浸煤CO和CO_2气体产生率、耗氧速率低于原煤;在加速氧化阶段和高速氧化阶段,水浸煤中的水分与煤分子官能团结合生成含水络合物,提高了CO和CO_2气体产生率,以及耗氧速率,同时阻止烷烃和烯烃类气体的产生,降低了C_2H_4和C_2H_6气体浓度;在煤自燃氧化过程中,水浸煤中水分的存在,降低原煤中CH_4气体吸附量,水浸煤CH_4产生率低于原煤。结果表明,含水率对煤自燃氧化过程中的标志性气体产生规律具有明显的影响,经水浸泡的神东北部矿区12煤比其原煤更容易氧化自燃。     

采空区低氧环境中煤自燃特性及极限参数研究

采空区氧化升温带内的氧气浓度主要在10%～18%之间，煤主要发生低氧环境氧化。因此，研究低氧环境中煤自燃特性及极限参数有重要意义。文章采用煤自燃程序升温实验测试了低氧环境煤自燃氧化特性，得到了CO和C₂H₄等氧化气体与温度的对应关系。煤自燃最小浮煤厚度随煤温升高，表现为先上升后下降的趋势，上限漏风强度则表现为先下降后上升的趋势；在煤的氧化温度为60～70℃时，煤自燃极限参数达到极值。采空区内氧气浓度降低，煤自燃氧化放热性特性逐渐减弱，造成煤的最小浮煤厚度随氧气浓度降低而升高，下限漏风强度随氧气浓度降低而减小。     

大南湖煤矿3~#煤层自燃特性实验研究

为了掌握煤自燃特性参数,对大南湖煤矿3#煤层不同粒径的煤样进行了程序升温实验,测定了不同粒径的煤样在不同温度下产生的CO、CO2、CH4等气体的浓度。根据气体浓度变化规律,得出了不同条件下的气体产生率、耗氧速度等自燃特性参数。通过计算分析,得出了大南湖煤矿的煤自燃临界温度和裂解温度,以及不同粒径对煤自燃的影响,为大南湖煤矿煤自燃的预防提供了基础数据和理论依据。     

柳塔煤矿1~(-2)煤层自然发火规律研究

为掌握柳塔煤矿1-2煤层的自然发火规律,实验研究了1-2煤层煤自燃特性基础参数及指标性气体,得出CO可作为1-2煤层煤自燃早期预测预报的指标性气体。现场对12201综采工作面采空区进行煤自燃"三带"测试,分析O2和CO 2种主要气体浓度随时间和推进度变化规律,得到以O2临界浓度为标准划分的1-2煤层煤自燃氧化带范围为从工作面向采空区深部48～150 m。     

耿村煤矿2-3煤层自燃危险特性的程序升温实验研究

为了研究耿村煤矿2-3煤层的自燃危险特性,选取该矿13190工作面不同粒径的煤样,通过程序升温实验,对C2H4、CO、CH4、C2H6以及CO2等气体的耗氧速度和产生率进行了测定。实验结果表明:各气体的产生率和耗氧速度均随温度降低而减小,同时,煤样粒径越大,气体浓度越小,耗氧速度越小。从而说明此类气体可以作为煤层自燃判定的指标性气体,并且煤样粒径越小,采空区自燃危险性就越大。     

CO_2浓度对煤低温氧化影响的试验研究

采用程序升温试验装置,通过模拟煤炭低温氧化自燃过程的升温条件和环境,利用黄岩汇矿煤样在不同CO2浓度条件下进行程序升温试验,研究了不同浓度CO2对煤低温氧化(160℃以下)过程的影响规律。结果表明:温度160℃条件下,CO2浓度和温度对煤自燃惰化性能影响较大;温度100℃以上时,CO2对煤的惰化作用得到明显体现;体积分数50%以上CO2对煤氧复合惰化作用较明显。     

采用三态材料防灭火技术的效果评价

为解决阳煤集团二矿采空区浮煤自燃问题,采用三态防灭火材料在80704工作面采空区进行现场试验。通过光纤温度在线监测系统和束管监测进行相关数据采集,采空区气体浓度、温度、三带在注入三态材料后发生显著变化,各测点的O₂浓度均在降低,最终维持在5%左右,CO₂浓度维持在10%左右,采空区深部的温度维持在20 ℃左右,CO浓度维持在11×10^-6;氧化升温带提前了11 m,缩短了18 m,窒息带提前了29 m,有效防止了采空区浮煤的自燃氧化。验证了既定三态材料防灭火系统的适用性,同时也说明了三态材料防止采空区浮煤自燃的可靠性。     

不同氧浓度下煤自燃CO生成规律研究

采用煤自然发火气体产物分析模拟实验装置对阳泉五矿8132工作面煤样进行煤自燃实验研究,对比在送入氧气浓度分别为20.9%、10.0%、7.0%的情况下,煤样在自燃氧化过程中CO的生成规律;实验发现:煤样氧化温度在180℃之前,CO的生成规律与煤氧化温度呈近似指数关系;氧化温度超过180℃后,煤样进入激烈氧化阶段,CO浓度快速升高,无规律,但氧浓度对其影响明显。不同供氧浓度在煤样进入激烈氧化阶段前对煤样升温的影响不大,进入激烈氧化阶段后,供气氧浓度为20.9%时,煤温出现高低波发展,而氧浓度为10.0%、7.0%时煤温仍持续快速升温。     

数值模拟预测综放面采空区遗煤自燃程度

通过对宁夏灵武矿区枣泉煤矿2#煤层煤样进行程序升温实验,工作面上隅角CO浓度监测,得出了采空区遗煤的最高温度接近其自燃的临界温度,实现了早期预测采空区遗煤自燃程度,为治理工作面上隅角CO超限提供了科学依据.