南屯煤矿综采工作面煤自燃分级预警体系研究

采空区内煤自燃隐患监测预警,是煤自燃火灾早期预防的前提和亟待解决的关键难题。建立煤自燃分级预警体系,是为了解决南屯煤矿工作面回采过程中煤自燃火灾的监测预警问题。采用煤自燃程序升温实验得到了南屯煤矿综采工作面煤样在采空区不同氧气浓度下自燃氧化过程中耗氧速率、CO气体、C₂H₄等氧化气体随温度的变化规律,结合现场数据,经过优选确定了CO,O₂,C₂H₄及C₂H₆作为主要的工作面采空区煤自燃预测指标气体,并辅以格氏火灾系数R₂,R₃与φ(C₂H₄)/φ(C₂H₆)作为煤自燃隐患的预测预警指标。提出了南屯煤矿综采工作面“灰、蓝、黄、橙、红、黑”6级预警指标体系,结合现场确定了预警阈值,形成了综采工作面煤自燃分级预警指标体系。在综采工作面煤进行了应用,实现了煤自燃隐患的早期预警,提高了煤自燃火灾防控的技术水平,保障...     

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。     

高突矿井自燃煤层分级预警指标体系研究

淮南矿业集团潘二矿属于高瓦斯突出矿井,所开采的1煤为Ⅱ类自燃煤层。为预防煤层自然发火,以潘二矿1煤为研究对象,通过煤自然发火实验与程序升温实验,分析煤样气体产物浓度及气体比值随温度变化规律以及煤温随时间变化规律,得出了煤样在自燃发火过程中气体浓度的突变点与其对应温度之间的关系。通过理论分析选取煤自燃指标气体,最终确定能够表征煤自燃温度的5个气体指标(CO、O₂、CO/ΔO₂、C₂H₄、C₂H₄/C₂H₆),构建出具有6个预警级别的潘二矿1煤自燃分级预警指标体系,对矿井自燃火灾预测与防控具有重要意义。     

不同瓦斯浓度条件下弱黏煤低温氧化动力学参数研究

为研究采空区内部不同瓦斯浓度条件下弱黏煤低温氧化特性及动力学参数变化规律，采用煤自燃程序升温实验系统测试分析了不同瓦斯浓度条件下弱黏煤低温氧化过程中气态产物随温度变化规律，并计算得到弱黏煤低温氧化过程中的极限参数及活化能。结果表明：CO可以作为弱黏煤自燃防控的主要预测指标气体，C₂H₄和第二火灾系数R₂可以作为预测弱黏性煤自燃程度的辅助指标；不同瓦斯浓度煤样的极限参数的最值都分布在60～85℃的温度范围内，与煤自燃临界温度比较相近；随着甲烷体积分数从0增加到4%时，弱黏煤表观活化能呈现出逐渐上升的趋势，分别增加了35.061、18.426、25.837 kJ/mol。     

发耳煤矿近距离煤层自燃预测指标研究

为了提高发耳煤矿近距离煤层自燃预测的准确性,对发耳煤矿6个主采煤层的煤样进行程序升温实验,分别得到低温氧化阶段的临界温度、干裂温度和CO、C₂H₄等气体产生规律。通过分析煤样的耗氧速率、放热强度、气体比值与温度之间的对应关系,建立了发耳煤矿近距离煤层自燃预测及分级预警指标。结果表明:1煤层和3煤层的氧化性最强,7煤层的氧化性相对较弱。在低温氧化阶段,CO生成量随温度的升高显著增加,在110℃~120℃时开始产生C₂H₄,耗氧速率、CO产生率、CO₂产生率在70℃~80℃和130℃~140℃范围内出现2次明显的突变。通过对比、和气体比值进行分析,能消除实验条件的误差,提高近距离煤层自燃预测的准确性和灵敏度。     

冲击地压条件下低变质煤自燃特性研究

利用程序升温试验装置,以宽沟煤矿I010206综放工作面B₂煤层为研究对象,在单轴加压7.5 MPa条件下开展不同粒径煤样的程序升温实验,分析B₂煤在不同粒径条件下在升温氧化过程中CO,CH₄,C₂H₆,C₂H₄等气体的产生规律,并计算了不同粒径煤样的耗氧速率、气体产生速率。研究结果表明：超过临界温度后,随煤温升高,产生的标志气体浓度由缓慢增长变为急剧增长,且随煤样粒径减小,其增长速率逐渐增大,耗氧速率和气体产生速率也逐渐增大,自燃氧化临界温度70℃,干裂温度为110℃。     

陕北侏罗纪煤田浅埋近距离煤层煤自燃预测预报体系研究

为了更好地掌握浅埋近距离煤层煤样的自然发火在不同阶段所显现的特征，并以此为根据及时采取相关措施加以防范，运用程序升温系统测试了2种不同煤层煤样的耗氧速率，结合CO浓度确定了临界温度点。对不同氧化阶段的气体产物进行了研究，并从诸多气体产物中选取了指标气体，结合多参数指标方法，最终建立了多煤层煤自燃预测预报体系。研究结果表明，这2种方法均可计算临界温度和干裂温度，其中2种煤样的临界温度为70℃～80℃，干裂温度为110℃～120℃。在氧化初期耗氧速率和Graham指数变化较小。预测两煤层煤自燃的主要指标为φ(C₂H₄)/φ(CH4)；φ(CO)，φ(C₂H₄)，φ(CO)/φ(CO₂),Graham指数，耗氧速率可作为辅助气体指标。由此建立的煤自燃预测预报体系可以精准地判断煤层自燃所处阶段，为多煤层煤自燃预报及救灾提供参考。     

羊场湾矿2号煤层自燃指标气体及其阈值研究

为研究羊场湾煤矿2号煤层自燃预测预报指标体系,采用程序升温方法测试了不同粒径实验煤样在氧化过程中气体产生规律,确定了煤样自燃的气体指标及其临界值。结果表明:CO/CO₂值可以作为煤自燃低温阶段的主要指标,ΔCO/ΔO₂值为辅助指标,C₂H₄在煤温达到90 ℃后出现,可以作为煤自燃进入高温阶段的指标气体,ΔCO/ΔO₂值可以作为煤自燃高温阶段指标。研究结果为羊场湾煤矿2号煤层自燃预测预报及主动防控提供了依据。     

煤低温氧化CO与CO2的同位素指标研究

煤自燃火灾是矿井生产过程中的重大灾害之一，对矿井安全生产存在巨大威胁；煤自燃是一个复杂的氧化过程，要经历不同的氧化阶段，故要建立相应指标来判断不同的煤氧反应阶段。利用程序升温-气相色谱联用实验，分析了长焰煤自燃氧化过程中标志气体随温度变化规律，依据升温氧化实验数据，将煤自燃划分为4个阶段；以φ(CO)/φ(CO₂)和第三火灾系数R₃作为辅助指标，对煤氧反应阶段进行划分；同时通过检测低体积分数CO、CO₂中氧同位素的丰度值，得到气体产物中δ¹⁸O(氧同位素值)随温度变化的规律，并以δ¹⁸O为指标，根据δ¹⁸O变化规律将煤自燃划分4个阶段。     

红阳二矿12号煤层标志性气体实验研究

针对红阳二矿12号煤层遗煤氧化的规律与特点,有效地进行防灭火工作,掌握采空区中遗煤氧化的速度,对红阳二矿12号煤层进行了煤样升温氧化实验,在温度不断升高的过程中检测出CO与多种烯烃气体,并且在不同温度下煤体析出气体的速度不同,最终选择CO、C₂H₄、C₂H₂作为标志性气体,产生的临界温度分别为59、176、403 ℃。在采空区检测出CO气体,说明采空区遗煤进入快速氧化阶段;检测出C₂H₄气体时,遗煤进入剧烈氧化状态;检测出C₂H₂气体时,说明采空区中已经产生明火,井下人员需要迅速撤离。通过煤体标志性气体的确定,建立12号煤层自燃预警系统,保证井下工作人员的生命安全与能源的充分利用。     

C2H4在烟煤中吸附的分子模拟研究

C₂H₄作为评价煤自燃过程的标志气体，煤对C₂H₄的吸附会使得矿井空气中C₂H₄气体体积分数的降低，进而影响对煤自燃过程评估的准确性。为了揭示C₂H₄在烟煤中吸附的微观机理，构建Wiser烟煤分子模型，利用蒙特卡洛方法，模拟温度为293.15～313.15 K、压力为0.1～3.0MPa时，C₂H₄在烟煤分子模型中吸附过程，并对吸附过程中吸附热、吸附势能和吸附熵的变化进行分析。结果显示：C₂H₄在烟煤分子中的吸附量随压力的升高先迅速增加，然后趋于平缓；压力相同时，温度越高，C₂H₄的吸附量越低；Langmuir-Freundlich模型对C₂H₄吸附过程拟合效果最好，C₂H₄的最大吸附量a值随温度...     

顾北煤矿煤自燃试验及早期多级预警技术

为了做好顾北煤矿煤自然发火防治工作,建立适用于顾北煤矿的煤自燃早期预警体系,提前分析顾北煤矿存在的煤自燃问题,以顾北煤矿13121工作面煤样为研究对象,进行煤自然发火试验,分析试验气体产物及各指标气体比值随温度变化规律,确定煤自燃指标气体及其临界值。试验结果表明,不同特征温度下对应的气体表征参数存在突然变化;结合试验数据分析得到CO、C₂H₄、C₂H₄/C₂H₆能够作为主要预测指标气体。最终结合煤自燃指标气体及临界值,提出适用于顾北煤矿的多预警级别的煤自燃分级预警指标体系,为煤自然发火预测预报提供了理论依据,对安全生产具有一定指导意义。     

高瓦斯矿井采空区注入CO2防治遗留煤体自燃研究

以晋能控股煤业集团某矿北翼采区的N2202工作面为工程背景，通过现场调研、实验室实验、数值模拟和现场工业性试验等相结合的研究方法，对采空区内注入CO₂来防治采空区内遗留煤体自燃难题进行了研究。结果表明：CO₂对于混合煤样中吸附状态CH₄的平均置换率为21%，平均置换比为1.6；注入CO₂后N2202回风侧采空区浅部原本存在的CH₄富集带被消除，采空区浅部区域CH₄浓度明显下降；注入CO₂后采空区内散热区宽度从12 m缩减至10 m，氧化区宽度从84 m缩减至30 m，采空区内氧化区与CH₄浓度较高区被分离开来；采空区内注入CO₂后，高抽巷内抽采气体中CH₄浓度平均值提高了13.7个百分点。研究结果为类似矿井防治采空区内遗留煤体自燃提供了指导意义。     

顾北矿煤自然发火分级预警方法研究

为了对顾北矿煤自燃过程进行准确预测,通过煤自燃程序升温实验和煤自然发火实验,分析了氧化升温过程中各种气体的变化规律。结果显示：氧气浓度对自燃升温历程有较大影响;CO,O₂,CO/ΔO₂,C₂H₄,C₂H₆和C₂H₄/C₂H₆可作为顾北矿煤自燃的特征指标;通过指标气体得到了顾北矿煤氧化升温过程中吸附(40℃～50℃)、复合(50℃～60℃)、临界(80℃～90℃)、热分解(90℃～110℃)、裂变(140℃～160℃)5个特征温度及其阈值。据此将顾北矿煤自燃过程可分为潜伏、氧化、临界、热分解、裂变、燃烧6个时期,定义每个时期的预警名称依次为灰色、蓝色、黄色、红色、黑色。这为预测顾北矿煤自燃程度提供了依据,对顾北矿煤自燃治理具有重要意义。     

补连塔煤矿不同含水率遗煤升温氧化特性研究

针对补连塔煤矿上覆采空区积水状况,进行了遗煤吸水失水特性研究,模拟其积水采空区遗煤的吸水过程,并以此为研究基础对补连塔煤矿遗煤进行自燃程序升温实验,得出补连塔煤矿1号煤层不同含水比率条件下煤的氧化产物的生成规律。结果表明,补连塔煤样原始含水率在6%左右,煤矿不同粒径组块煤的最大吸水率相差很小,在14%左右;不同含水率煤样90℃前氧化速率低于原始煤样,在90℃后氧化速率高于原始煤样;含水率为39.9%时在低温阶段抑制了煤的氧化反应;C₂H₄、C₂H₆、C₃H₈可作为补连塔煤矿煤自燃反应进入氧化反应加速阶段的标志性气体。     

复杂条件下煤自燃特性参数变化规律研究

为揭示锦界煤矿31116工作面采空区遗煤的氧化特性，利用程序升温实验系统研究了原煤、预氧化煤、浸水风干煤的低温氧化特性，分析了指标气体产生量、耗氧速率和放热强度与温度的对应关系，实验表明：实验过程中煤样的自燃特性参数均随温度升高呈指数变化规律，CO可作为30～110℃之间的指标气体、C₂H₄可作为110～200℃之间的指标气体；二次氧化气体产生量、耗氧速率、放热强度均在反应前期低于初次氧化，反应后期高于初次氧化；浸水风干煤样氧化过程中的气体产生量、耗氧速率和放热强度更高，相较于原煤样，开始检测到CO、C₂H₄的温度点均提前了10～20℃,耗氧速率最高增大了173×10^-11mol/(cm³·s),最小放热强度与最大放热强度最高分别增加了211×10^-5 J/(cm³·s)和261×10^-5 J/(cm³·s),说明浸水过程对煤氧化进程具有一定的促进作用。     

突出矿井近距离煤层群煤自燃预警与防控方法

突出矿井煤层群存在开采过程互相影响,采空区贯通,漏风地点较多,防灭火工作难度大等特点。为了对突出矿井近距离煤层群煤自燃过程进行准确预测,以贵州发耳煤矿为例,通过煤自燃程序升温试验分析了煤氧化过程中各气体的变化规律,确定了煤自燃单指标气体和标志气体比值的综合预测指标,提出了煤自燃监测预警系统和现场布置情况。结果表明：发耳煤矿各煤层煤样的临界温度范围为70～80℃,干裂温度范围为130～140℃。结合耗氧情况、CO和C₂H₄的出现温度和变化规律综合判定得到发耳煤矿不同煤层煤自燃氧化优先级顺序为：1#煤>3#煤>5-2#煤>5-3#煤>10#煤>7#煤。根据试验结果和现场数据,确定了煤自燃温度的6个气体指标(CO、O₂、C2H4、φ(CO)/φ(CO₂)、φ(CO₂)/φ(O₂)、φ(CO)/φ(O₂))及分级预警的温度范围和气体指标临界值,对煤自燃进行四级分级预警。最后,提出了针对突出矿井煤层群“加强煤自燃预...     

韩家湾煤矿煤自燃多级预警指标体系构建

为完善韩家湾煤矿煤自燃预警预报技术指标体系,实现煤自燃隐患的早期准确预警,通过对韩家湾煤矿多个煤层开展煤自燃特性参数的程序升温试验测试,得到了煤样氧化升温过程中气态产物随煤温的变化规律。确定了以CO、ΔCO/ΔO₂、C₂H₄为主,以C₂H₆、C₂H₄/C₂H₆为辅的煤自燃预警指标,进一步分析了预警指标与煤温之间的映射关系,构建了适用于韩家湾煤矿煤自燃防控需求的分级预警体系。研究成果可实现韩家湾煤矿煤自燃的分级预警,对韩家湾煤矿及煤炭开采条件类似矿井的煤自燃预测预报与防控工作提供借鉴依据,能够满足实际的煤火灾害主动防控需求。预警体系的建立对于煤层自燃隐患辨识、主动地防灭火措施实施具有一定的理论指导意义。     

青岗坪煤矿自然发火标志气体来源研究

为优化顶板含油煤层自然发火预测预报标志气体指标体系，采用现场取样和实验室检测方法研究了青岗坪煤矿采空区内气体的来源，确定了煤层原生气体和含油顶板气体的具体成分。研究结果表明:青岗坪煤矿42016工作面采空区内CO来源于采空区遗煤的低温氧化，煤层原生气体与油气成分中都含有C₂H₆，但都不含有C₂H₄、C₂H₂，烯烷比（C₂H₄/C₂H₆）与链烷比（C₃H₈/C₂H₆）均不适合作为判断青岗坪煤矿自然发火进程的指标。     

基于云计算的煤炭自燃安全监测系统设计

针对传统检测系统存在监测不准确的问题，提出并设计了基于云计算的煤炭自燃安全监测系统。根据煤炭自燃的过程原理，给出具体的监测系统总体架构，为保证监测系统的稳定性，给出具体的监测流程，并以云平台拓扑结构为基础搭建了适合矿井环境的云平台结构，并进行了相关验证。实验以具体的数据为例进行了煤炭自燃浓度预警分析，该系统可以准确地监测出煤炭自燃过程中产生的CO,CO₂,C₂H₄,C₂H₆,CH₄浓度情况，并得出准确的相关数据，本系统能够在提高煤炭自燃可靠性的同时，更好地为煤炭企业提供高水平的信息融合管理提供信息化的新思路。