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。     

柴家沟矿4~(-2)煤层自燃标志气体优选实验研究

为提高柴家沟矿4~(-2)煤层自燃预测预报准确性,采用XK-Ⅶ大型煤自燃实验台模拟4~(-2)煤层自然发火过程,对自燃特性参数、单一标志气体、复合标志气体进行分析。实验证明:当煤温在70～80℃时,煤样耗氧速率明显加快,放热强度曲线斜率逐渐增大,当煤温在100～120℃时,耗氧速率迅猛增加,放热强度曲线斜率明显增大,故推断4~(-2)煤层自燃临界温度在68～80℃,干裂温度在100～120℃;由于φ(CO)、φ(O_2)/φ(CO+CO_2)随煤温变化的灵敏性和规律性强,且在井下容易检测,故将φ(CO)、φ(O_2)/φ(CO+CO_2)选作预测4~(-2)煤层自燃的主要标志气体参数;由于φ(C_2H_4)、φ(CH_4)/φ(C_2H_6)、φ(C_2H_4)/φ(C_2H_6)能从一定程度上反映4~(-2)煤层自燃发展阶段,故将φ(C_2H_4)、φ(CH_4)/φ(C_2H_6)、φ(C_2H_4)/φ(C_2H_6)选作预测4~(-2)煤层自燃高温阶段的辅助标志气体参数。     

高地温条件下的煤自燃预报指标优选实验研究

高地温环境对矿井煤自燃过程及指标气体的产生有较大的影响,从而影响煤自燃早期预报。针对这一问题,通过对煤样进行充氮40℃恒温处理,模拟矿井高地温环境使其以40℃为起点进行程序升温实验,分析指标气体变化规律,并对比常温煤样实验结果,进而进行预报指标优选。结果表明:高地温环境会使得煤体特征温度出现明显降低,指标气体浓度及增长率出现显著升高,更容易发生自然氧化;CO、C_2H_4、φ(CO)/φ(CO_2)、链烷比能够作为主要的预报指标进行煤自燃的早期预测,CH_4、C_2H_6只可作为辅助预报指标。     

凤凰山矿煤自燃发火规律实验研究

为了研究和掌握凤凰山矿15号煤层自燃发火规律,利用程序升温氧化实验,得出15号煤的临界温度在60～70℃之间,干裂温度在120～130℃之间,同时,确定以CO为主、C_2H_4为辅的预测预报自燃指标气体,并且利用复合气体φ(CO)/φ(CO_2)的比值与煤温的对应关系测算煤样的低温氧化进程,为井下煤自燃防治提供参考。     

高瓦斯易燃煤层自燃判别指标体系的实验研究

通过煤自燃程序升温实验,分析了在不同温度下平顶山矿区己组煤样的耗氧速度以及CO_2、CO、CH_4、C_2H_4、C_2H_6等气体的产生量,研究了己组煤在整个氧化阶段气体产物的生成规律及其特征,得出煤样耗氧量与煤温升高之间的对应关系。最终确定CO、C_2H_4、C_2H_6作为判断己组煤自然发火的不同阶段的标志性气体,CO/CO_2、C_2H_4/C_2H_6比值作为辅助指标。根据试验结果确定平顶山矿区己组煤自燃标志性气体临界判别指标值,为实现己组煤自然发火的准确预测预判提供依据。     

基于程序升温的煤自燃标志气体实验研究

为有效解决袁店二井煤矿7_2煤层自燃问题,对煤样进行程序升温实验研究煤自燃标志气体,通过分析煤氧化过程中不同温度阶段气体产生规律,研究煤自燃预测预报标志气体与其之间的对应关系。结果表明:实验煤样的自热临界温度为60~70℃,氧化活跃阶段临界温度为120~130℃,在60~100℃时,选取CO作为标志气体,在100~130℃时,选取第二火灾系数R_2作为标志气体,在130℃以上时,选取C_2H_4作为标志气体,以C_2H_6、链烷比φ(C_3H_8)/φ(C_2H_6)和烯烷比作为辅助标志气体,以此可判断该煤层煤自燃发展程度。     

煤自燃标志气体的阶段特征实验研究

基于程序升温实验,对东胜褐煤、补连塔不黏煤、保德气煤的CH_4、C_2H_6、C_2H_4/C_2H_6值、△CO/△O_2值、O_2等自燃标志气体进行测定。结果表明:CO的产生存在于整个氧化过程;CH_4出现的时间与CO相当,但浓度低于CO,且在不同煤种中有不同的显现规律;C_2H_6出现时间晚于CO和CH_4,C_2H_4出现的时间最晚,在较高温度段才出现。煤氧化不同阶段特征气体的表现形式不同,判断煤的自燃阶段时避免采用单一CO气体指标,应选取不同的特征气体作为煤自燃阶段的预警指标以提高煤自燃预报的可靠性。对于测试煤种,应选择CO和C_2H_4作为煤炭自燃氧化的指标气体,并将CH_4、C_2H_6、C_2H_4/C_2H_6值、△CO/△O_2值、O_2作为自燃辅助预警指标。     

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。     

煤矿采空区自然发火指标气体的选择研究

采用CSC-B2煤低温自燃实验台测试了井下混合粒度煤样,研究煤样解析出的各指标性气体(CO、CO_2、C_2H_6、C_2H_4、C_2H_2、C_2H_4/C_2H_6)与温度的变化关系,即得到不同温度条件下的自燃指标气体,确定煤层自燃早期预测预报指标气体。     

煤自燃加速氧化阶段指标气体优选实验研究及分析

以林南仓矿11~#煤层为研究对象,通过程序升温实验确定了煤自燃加速氧化阶段(100~200℃)各指标气体浓度与温度的对应关系并分析了其变化规律,利用灰色B型关联度分析法对指标气体进行优选筛选,并计算了各指标气与煤自燃氧化温度的关联程度,确定了各指标气体的可信度。结果表明:在加速氧化阶段,林南仓矿11~#煤层的C_3H_8/C_2H_6与温度的关联度最大,其次是C_2H_4/C_2H_6,因此选择C_3H_8/C_2H_6为最优指标气体,C_2H_4/C_2H_6为辅助指标气体。该研究结果对提高煤层自燃预报的准确性具有重要意义。     

灰色关联法在煤自燃标志气体优选中的应用

鉴于目前以CO、C_2H_4和C_2H_2为标志性气体已不能满足煤层自然发火的早期预测预报,以神华新疆能源公司碱沟煤矿B_2煤层自然发火标志气体产物测试数据为例,选取100～300℃煤样氧化产物浓度,运用灰色关联法计算分析煤体升温时所产生的气体浓度与燃烧温度的关联度,根据计算结果对关联度进行排序,确定合理的煤层自然发火指标气体。计算结果表明:关联度γ_3>γ_5>γ_4,即φ(C_3H_8)/φ(CH_4)、φ(CO)/φ(CO_2)、φ(C_3H_8)/φ(C_2H_6)与煤燃烧温度关系最为密切,3种标志气体关联度大于0.6,并与φ(C_2H_4)/φ(C_2H_6)进行对比,验证了3种标志气体选取的合理性。因此,φ(C_3H_8)/φ(CH_4)、φ(CO)/φ(CO_2)、φ(C_3H_8)/φ(C_2H_6)可作为碱沟煤矿B_2煤层自然发火早期预测预报标志气体。     

液态二氧化碳直注灭火技术在珙泉煤矿的应用

为了治理珙泉煤矿2272采空区发生的自燃火灾,尽快恢复2273工作面安全生产,采用液态CO_2直注灭火技术,利用KRM-1200型液态二氧化碳防灭火装置将液态CO_2运抵2273工作面附近,通过高压软管连接至防灭火钻孔将液态CO_2直接注入2272采空区自燃火区。2272采空区CO浓度急剧下降,C_2H_2、C_2H_4等指标气体消失。     

基于主成分分析法的东荣一矿煤层自然发火 指标气体实验研究

为有效预防东荣一矿由煤自燃引起的灾害,通过煤自燃氧化实验,研究东荣一矿煤层自然发火特性,测定出实验煤样标志气体出现的临界温度并分析其体积分数随煤氧化温度的变化规律;运用主成分分析法对温度、一氧化碳体积分数φ(CO)、烯烷比φ(C_2H_4)/φ(C_2H_6)等9个指标进行综合评判分析,优选出对预测煤自燃起主导作用的指标。研究结果表明,指标气体出现的临界温度及其规律性可以反映出煤的自然发火过程。根据指标气体优选原则和主成分分析法的优选结果,建立以φ(CO)、φ(C_2H_6)、φ(C_2H_4)、φ(C_2H_2)作为主要指标,以烯烷比φ(C_2H_4)/φ(C_2H_6)作为辅助指标的东荣一矿煤层自然发火预测预报体系,提高了煤层自燃早期预测预报的准确性,实现了对矿井火灾的预防。     

基于大佛寺矿的煤自燃多参数指标气体实验研究

针对采用CO单一指标气体作为煤自燃判别依据的局限性,通过模拟采煤工作面真实漏风、蓄热环境,研究了大佛寺矿煤自燃多参数预报指标气体随煤温升高的变化规律。根据实验结果确定了以CO/ΔO_2,CO/CO_2,C_2H_4/C_2H_6为主要指标气体的多参数预报体系。研究成果对大佛寺矿的防灭火工作具有很好的指导意义。     

不同升温速率下无烟煤自燃特性试验研究

基于煤程序升温实验,分析了不同升温速率下对黑金煤矿无烟煤的煤自燃特性的影响,计算了不同升温速率下的耗氧量和耗氧速率,以及CO、CO_2、C_2H_4的生成量和产生速率。发现不同的升温速率对耗氧量和耗氧速率、CO、CO_2、C_2H_4生成量和产生速率有明显的影响。在30～130℃、升温速率在0.8℃/min时,耗氧量最大;而在130～200℃、升温速率在1℃/min时,则生成量最大。CO、C_2H_4的生成量最大值在升温速率1℃/min时,而CO_2则在升温速率0.8℃/min时产生了最大值。另外,不同的升温速率的临界温度和干裂温度不同。     

基于信息熵的煤自燃标志气体优选

为更好预测预报王庄煤矿3号煤层自然发火进程,通过程序升温氧化实验并采用基于信息熵的C4.5决策树算法,分析煤自燃不同阶段标志气体及相关比值的信息增益率。结果表明:CO的信息增益率在整个升温氧化过程中都很高,而C_2H_4只有在进入高危险期时信息增益率才较高,因此CO应作为煤自燃低危险期—较高危险期的主要标志气体,C_2H_4作为进入高危险期的主要标志气体;同时φC_2H_4/φC_2H_6和φC_2H_4/φCH_4在进入高危险期时信息增益率也较高,其分裂阈值分别为0.042和0.026,该阈值有效避免了现场风量等因素的影响,可作为高危险期的辅助指标。     

自然发火标志气体实验分析及优化选择

为了更好的预报预测东欢坨煤矿自然发火,通过综合分析选取的4个典型煤样的C0,C2H4,C2H6等气体的检出温度,对比指标气体优选原则,研究和分析了东欢坨煤矿实验检出气体和煤样的自燃氧化结果.结果表明,东欢坨矿CO出现的临界温度值为50℃,而且在110℃左右气体产生量呈现单调递增趋势.因而,在50～350℃之间,选择一氧化碳作为预测预报煤炭自燃的标志气体是可行的,并分析了其它气体的缺点.由于东欢坨煤矿煤层中赋存有CO,因此,在利用CO作为预报预测自然发火标志气体和采空区密闭内取样分析时,必须进行修正,可采用CO含量差值法和Ico来消除环境因素和风量的影响,以便更好的预测预报煤炭自然发火和分析火区燃烧状况,对同类矿山的防火工作也有一定的指导意义.     

煤与油页岩共采条件下自然发火标志气体及预报指标体系研究

针对梁家矿煤与油页岩共采条件下采空区自然发火情况下的标志性气体优选的问题,选取1105工作面样品运用程序升温实验进行了煤与油页岩自然发火气体产物模拟试验,分析了CO、烯烃、烷烃及其比值的产生规律,进行了煤与油页岩自燃预测预报体系研究。结果表明:CO出现的临界值温度在40℃左右,标志着煤与油页岩已经开始产生反应;C_2H_4出现在120℃左右,标志着煤与油页岩进入加速氧化阶段;C_2H_4/C_2H_6、C_2H_4/C_3H_8可以作为预测煤与油页岩自然发火进程的辅助标志气体。同时,根据CO、C_2H_4等气体释放量,确定了梁家矿煤与油页岩自然发火标志气体判别参数。     

灵泉煤矿煤层自然发火标志性气体优选

煤自燃火灾严重威胁煤炭工业的安全,煤自燃火灾指标气体的早期预测预报可以判断采空区煤层自然发火情况。通过采集内蒙古扎赉诺尔煤业有限责任公司灵泉等煤矿的8个煤样,煤种都是褐煤,在自然发火气体产物模拟实验装置上进行实验,分析了CO、C_2H_4、C_3H_6、C_2H_2指标气体的析出规律,绘制的气体体积分数随温度的变化曲线,并根据以往实验数据指出C_2H_4、C_3H_6出现的临界温度,提出用浓度差值法对CO气体体积分数校正,最后指出CO、C_2H_4,C_3H_6、C_2H_2作为灵泉煤矿煤层自然发火的标志性气体。     

朱家店煤矿4~#煤自燃指标气体优选实验研究

通过现场采集朱家店煤矿4#煤层煤样,利用程序升温试验装置和气相色谱仪,研究了CO、CO2、C2H4等气体在煤氧化自燃过程中产生和变化规律,分析了φ(C2H4)/φ(C2H6)、φ(C3H8)/φ(C2H6)等烯烷比及链烷比曲线。试验证明:4#煤自燃临界温度为60～70℃,干裂临界温度为90～110℃;煤样程序升温过程中,90～110℃以后,耗氧速率及放热强度急速增加。CO、C2H4、C3H8可以作为4#煤层煤自燃指标气体,φ(CH4)、φ(C2H4)/φ(C3H8)、φ(C2H4)/φ(C2H6)为辅助指标,为朱家店矿防灭火技术应用和火灾监测及预警提供了理论支撑。