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...     

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。     

矿井煤层自燃程度精细划分与预警方法研究

煤层自然发火程度的精准判识与预警一直是煤自燃防控领域亟须解决的世界性难题,需构建煤自燃阶段精细划分和精准预警方法。通过建立煤自燃分级预警体系,实现煤层自然发火早期精准预报和主动防控,可有效防控煤层自燃或继发灾害的发生。现场采集工作面新鲜煤样,破碎混合成试验煤样,通过大型自然发火试验台模拟工作面煤层实际氧化升温环境,开展煤自然发火试验测试。进一步分析得到煤层自然氧化升温过程中各反应阶段指标气体产物体积分数和生成速率等数值随煤温的变化规律,确定了煤自燃反应各阶段的特征温度点位。通过试验数据比对分析,确定煤层氧化升温过程精细划分的判定指标(CO、O₂、C₂H₄、C₂H₆体积分数及φ(CO₂)/φ(CO)、Graham值、链烷比)随煤温变化的阈值区间。将煤自燃全过程精细划分成6个预警等级,并建立了较为完备的煤层自然发火分级预警体系,定量确定了各阶段的判定指标标准。结合工作面实例应用中分级预警体系的效益表现,验证了所构建预警方法对于矿井煤层自燃进程的预测预报,并采取...     

CO2防控氧化煤复燃效率的试验研究

为掌握不同体积分数CO₂对氧化煤复燃过程的抑制效果,采用自主研制的煤自燃氧化程序升温试验装置,对平煤八矿煤样分别通入体积分数为10 %、20 %、30 % 和40 % 的CO₂进行试验研究,测定了煤初次和二次氧化升温过程中的耗氧速率、CO产生率以及表观活化能的变化规律。结果表明:与煤在纯空气条件下的氧化自燃相比,不同体积分数的CO₂对煤氧化升温过程均具有抑制作用。同时,通入的CO₂体积分数越大,煤初次和二次氧化升温过程的耗氧速率和CO产生率越低,表观活化能越高,即CO₂的体积分数越大,对氧化煤复燃过程的抑制效果越好。     

基于指标气体法对水浸煤的氧化特性研究

为研究水分对煤氧化特性的影响，通过煤自然发火试验确定能预报煤自燃的复合气体指标，然后采用程序升温试验测试不同含水率煤样氧化过程中复合气体指标的变化，研究在水分的影响下所产生复合气体指标的变化规律，同时探讨煤样的含水率对煤氧化特性的影响规律和作用机制。研究结果表明：煤自然发火温度与φ(CO)/φ(CH₄)、φ(C₂H₆)/φ(CO)、φ(CO)/φ(CO₂)以及Graham指数有明显关系。含水率对煤氧化升温过程中的影响在不同温度呈现出不同的阶段特征：在30～120℃时，水分对煤氧反应既有催化作用，也有抑制作用，而抑制作用占主导地位，表现出抑制作用最好的含水率为20%；在120～140℃时，水分对煤氧化反应的抑制作用减少，且水分作为反应物参与到煤氧反应中进而表现出水分对煤氧化的促进作用，此时水分对煤氧反应以化学促进为主，促进效果最好的含水率为10%；在120～140℃时，则由于水分蒸发使得煤样的原有孔隙体积增大并且产生了新的微小孔隙，变得更有利于煤氧化反应的发生，进而表现出对反应的间接促进作用，促进效果...     

灵新煤矿煤自然发火规律及指标气体研究

利用大型煤自燃试验台对灵新煤矿16号煤层煤样在常温170℃范围内的氧化特性和指标气体参数规律进行了测试。结果表明，煤温以26 d和37 d为界呈现出不同的升温速率；期间CO、CO₂为煤氧反应的主要产物，其余指标气体陆续由煤体氧化与分解产生且浓度较低；随着煤温的不断升高，实验炉内最高温度点的位置主要沿中轴线变化，并逐渐向进风口下移。此外，对于指标气体的讨论结果表明，炉内O₂浓度沿气流方向从进口侧开始逐渐降低，而CO和CO₂浓度则表现出相反的变化规律。研究结果为现场煤自燃的预测和防治提供了有力的依据。     

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...     

煤自燃指标体系分析与优选实验研究

为了更加精准预测煤自燃发展进程并及时采取有效预防措施，利用自主研发的程序升温实验装置，以宁夏清水营煤矿与大佛寺煤矿的新鲜煤样为研究对象，获取2个实验煤样在不同氧化温度时所产生的气体体积分数与气体组分，分析实验煤样在低温氧化阶段的气体变化规律，并确定2个实验煤样的特征温度；同时，分别采用多参数指标法、气体增长率分析法与格雷哈姆系数3种方法，综合分析并预测实验煤样的氧化进程。结果表明：2个实验煤样在实验过程中产生的CO、CO₂、CH₄、C₂H₆、C₂H₄与温度呈正相关关系；CO、CO₂与第二火灾系数R₂可作为预测2个实验煤样自燃的主要气体指标；CH₄、C₂H₆、C₂H₄、第一火灾系数R₁、第三火灾系数R₃作为辅助气体指标；宁夏清水营煤样的临界温度为60～80℃；干裂...     

煤中水分作用于煤自燃反应过程的原子尺度表征

为了探讨煤中水分作用于煤自燃过程的反应机制，创新性地引入同位素标记方法，利用元素示踪原理探讨水分子中各元素的迁移转化规律。将实验煤样用3种同位素水(蒸馏水、D₂O、H₂¹⁸O)进行浸泡、干燥、浸泡等一系列过程处理，得到同位素标记的不同形态水分煤样。通过程序升温氧化实验模拟煤自燃反应过程，利用气相色谱仪测定气体产物体积，同时借助于在线质谱仪测定同位素原子参与生成各类气体的离子流强度，研究水分子中H、O原子作用于气体生成的迁移规律和生成机制。在煤自燃气相产物中检测到了C¹⁸O₂、C¹⁸O和CH₃D等同位素气体，说明水分子中H、O原子可以直接参与煤自燃反应过程。煤中不同形态水分在煤自燃反应不同阶段发挥作用：外在水分在煤自燃反应缓慢氧化阶段初期开始参与反应，在快速氧化阶段后期作用减弱；内在水分在煤自燃反应的加速氧化阶段与快速氧化阶段参与反应，在140℃左右作用效果最强。水分子中H与O原子在煤自燃反应过程中参与方式不同，H原子会与煤分子中甲基类...     

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。     

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。     

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。     

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。     

不同φ(CO2)/φ(O2)比例对煤自燃特性的影响

为了研究CO₂对煤自燃特性的影响,利用热重与质谱联用技术测试了阳泉五矿煤在不同φ(CO₂)/φ(O₂)比例下的氧化燃烧过程,分析了热重曲线,特征温度点,放热量与气体逸出规律。研究结果表明:随着φ(CO₂)/φ(O₂)比例增大,热重曲线向高温偏移,特征温度点升高,燃烧剧烈程度降低,气体逸出温度升高;温度小于360℃前,放热量相差较小;温度继续升高后,在相同温度下,放热量随氧浓度降低而降低;由于CO₂与H2反应产生CH₄,所以CO₂含量越高,CH₄逸出强度更高;同时,煤在低氧浓度下更易不完全燃烧,所以会产生更多CO;相较于空气氛围,CO₂浓度高于88%时才具有抑制作用。     

不同应力对煤自然氧化的影响规律试验研究

为研究应力对煤自然氧化的影响规律，设计1套应力对煤自然氧化影响规律试验装置，通过该试验装置对煤样施加不同应力模拟采空区破碎煤体在承压环境中受压变形、温度及气体体积分数变化特征，定量分析不同应力作用下破碎煤体相关参数的变化规律。研究结果表明：升应力作用阶段破碎煤体较恒应力作用阶段受压变形、升温幅度更为明显且煤体升温速率与位移变化速率大小正相关，进一步验证了应力对于煤体自然氧化具有促进作用；破碎煤体在不同应力作用下煤自燃倾向性进一步加剧，煤体内分子更易氧化，从而导致CO、CH₄的产生；根据试验所测CO体积分数，从而推断有煤氧复合反应和煤体机械破碎激活脱碳2种产生途径。     

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。     

滕东生建煤矿自然发火标志性气体的研究与实践

基于煤-氧复合导因理论,对滕东煤矿3下煤进行了煤样升温实验,明确了自燃的气体指标判定标准,并且在升温条件下的煤炭氧化自燃实验条件下,确定了CO作为煤炭氧化自燃标志性气体应。随温度升高CO释出量逐渐增大,当其上升速率达到0.5～0.75ppm/℃时,应进行预报,对矿井安全生产有重要的指导意义。     

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。     

空气湿度对煤自燃特征参数及热效应的影响研究

为了考察不同湿度条件对煤自燃过程参数及热效应的影响，搭建了湿度可调的精密型空气发生装置，并与煤自燃程序升温氧化装置联用，测定煤自燃过程指标性气体的释放规律；利用热分析设备定量表征不同空气湿度条件下煤自燃热量释放规律；结合数值模拟方法探究空气湿度对煤自燃过程热效应影响。结果表明：通入潮湿空气可显著提高煤样耗氧速率，促进CO和CO₂的生成，空气湿度对煤自燃过程热效应呈现出阶段性特征；水分在刚接触到煤体时，短时间内会释放大量的吸附热，促进煤体升温；空气中水分参与煤自燃体系热效应主要通过水的吸附热、煤氧反应热、热对流和热传导4个途径，其中吸附热和导热传热起到主导作用。     

煤自然发火预报的研究及软件的开发

以提高各标志气体对煤自然发火预报的灵敏性和可操作性为出发点,以煤升温氧化气体产物的测定实验为基础,对青山矿硬子槽各煤样产生气体量随温度的变化进行了研究.根据矿井的实际情况,引入初始化数值K,即各升温点对应的CO+CO₂系列数值与CO₂初值之比,确定了青山矿区大槽煤煤自燃标志气体的预报曲线和相应的拟合曲线.并采用Visual Basic语言编制相应的软件系统,该系统与束管监测系统和色谱仪组成一个全自动的煤自燃预报系统,可对矿井的煤温实行连续监控,从而提高了煤自然发火预测预报的准确性和可操作性.