预氧化对煤复燃极限参数影响的实验研究

为研究预氧化对煤复燃过程极限参数的影响,采用程序升温装置模拟了煤初次氧化与二次氧化过程,对比分析2次氧化过程中煤自燃耗氧速率、气体生产率、放热强度及极限参数。结果表明:氧化煤和原煤的耗氧速率、气体产生率和放热强度均随煤温的升高呈近指数规律增长,但氧化煤在70℃前稍高于原煤,70℃之后低于原煤;氧化煤与原煤发生自燃的上限漏风强度先降低后升高,下限氧浓度与最小浮煤厚度先升高后降低;从升温过程中煤体自燃的极限参数极值角度,氧化煤发生自燃的"门槛"降低,更易自燃。     

氧化煤低温氧化特性及演化规律

为了探究氧化煤的低温氧化特性及演变规律,采用程序升温实验系统,对平煤八矿煤样分别预氧化至60 ℃、90 ℃、120 ℃、150 ℃、180 ℃、210 ℃时通入N₂绝氧降温形成的氧化煤,进行低温氧化程序升温实验;为进一步揭示不同灭火条件下形成的氧化煤低温氧化行为特征,对煤样预氧化至120 ℃时,通入3种不同体积分数N₂灭火后形成的氧化煤,开展低温氧化程序升温测试,测定这两类氧化煤低温氧化过程耗氧速率、标志性气体(CO、CO₂)产生率以及放热强度的变化规律。结果表明:氧化煤的耗氧速率、标志性气体产生率和放热强度均小于原煤;预氧化至90 ℃煤样的自燃特性参数更接近原煤,说明预氧化至临界温度的煤更易发生复燃;而预氧化至120 ℃时通入N₂的体积分数越高,这类氧化煤的自燃特征参数越接近原煤,说明通入N₂体积分数越高的煤复燃能力越强。因此,开采近距离煤层群、复采工作面以及启封火区等区域的煤体时,应防范其发生复燃。     

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。     

恒温解吸附煤样低温氧化特性试验研究

为了研究解吸附煤样的自燃特性,运用煤低温氧化试验系统测试了煤样在氮气条件下恒温解吸附及解吸附再次氧化升温特性,分析了解吸附过程的气体产物规律和解吸附煤样的自燃特性参数,研究原煤和解吸附煤样的氧化、放热特性。结果表明:恒温解吸附过程中产生CO、CO_2、CH_4气体,CO_2的气体产生量远大于CO、CH_4,随着箱温温度的升高,气体产量也增大;与原煤相比,恒温30℃和50℃解吸附煤样的耗氧速率、放热强度均小于原煤;在70℃之前,恒温70℃解吸附煤样与原煤的耗氧速率和放热强度相似,在90~110℃之间出现交叉温度点,交叉温度点之前原煤的耗氧速率、放热强度大于恒温70℃解吸附煤样,之后小于原煤,说明不同恒温解吸附过程对煤的自燃特性的影响具有一定的差异。     

浸水过程对长焰煤自燃特性的影响

为揭示长期浸水长焰煤的自燃特性及影响机制,实验研究了长焰煤原始煤样和长期浸水风干煤样的低温氧化特性,分析了长期浸水对煤微观结构、氧化升温过程及活化能等方面的影响规律。研究结果表明:长期被水浸泡煤样的表面孔隙结构更发达,平均孔径、介孔孔容和微孔孔容都有不同程度的增大;同时,浸水煤样表面的部分有机物和无机物会溶解在水中,煤中自由基浓度增加,基团分布与原煤相比存在明显变化;与原煤样相比,经过90,180 d浸水过程后的煤体,低温氧化过程的气体产生量和产生速率更高,交叉点温度由原煤的160.9℃降低至157,151.5℃,活化能分别降低了3.84,4.18 k J/mol,表现出更高的自燃倾向性。研究结果可为西部浅埋藏近距离煤层群开采上覆采空区长期浸水煤的自燃防治提供借鉴。     

硫对长焰煤自燃过程影响的试验研究

为研究硫对煤自燃过程的影响,以典型义马长焰煤为例,采用氧化动力学方法,测定了不同FeS_2含量混合煤的自燃倾向性、煤自燃分段升温产物特性,分析了不同阶段FeS_2对煤氧化的作用,并从煤基元反应的角度解释了硫对煤自燃过程升温产物特性的影响。研究结果表明:低温阶段,FeS_2阻碍煤的氧化,且与添加量呈正相关;加速阶段,促进煤的氧化,且随添加量增加呈先增大后减小的变化趋势,并得出硫对长焰煤自燃倾向性影响的临界值为5%。FeS_2混合煤与水和氧气发生的化学放热反应,激发了基元反应,促进CO、CO_2、C_xH_y等原始赋存气体的脱附和活性基团氧化自反应气体的生成,且生成量与速率均大于原煤。     

煤低温氧化活化能与温度关系实验

为了研究煤低温氧化升温过程中化学反应活化能的变化规律,利用煤自然发火实验测定了不同自燃倾向性堆积煤煤低温氧化活化能。测试结果表明,煤的自燃倾向性越强,氧化反应的活化能越低,煤样的活化能随温度的升高而升高。在低于70℃时,温度上升得比较平缓;当温度高于70℃时,由于氧化反应类型发生了变化,活化能迅速升高。通过测试70℃以下温度段的氧化反应活化能,可以较准确地判断煤自燃倾向性。     

不同升温速率下烟煤的低温氧化放热特性研究

煤自燃是威胁开采、储存和利用过程的重要因素之一,而煤在低温阶段的氧化放热反应也是导致煤自燃的主要因素。为了研究烟煤在低温条件下的放热特性,选取3种不同变质程度的烟煤进行研究,煤样分别为曹家滩(CJT)的长焰煤、大佛寺(DFS)的不黏煤和东滩(DT)的气煤。采用微量热仪(C80)实时监测煤样在30～300℃温度区间内升温过程中的热流变化,从而探究不同烟煤低温氧化过程的热流变化规律以及放热情况,得到低温氧化过程的分段热流特征以及相应的数学模型。为了进一步研究升温速率对烟煤放热特性的影响,试验分别设置在0.2、0.4和0.6℃/min的不同升温速率下进行,通过热流模型和热量公式建立判定自燃倾向性的指数γ,从而分析不同升温速率对烟煤低温氧化过程放热特性和煤自燃倾向性的影响规律。结果表明：烟煤低温氧化分为了吸热、缓慢放热、加速放热和快速放热4个阶段,随着升温速率的升高,特征温度点有着向后推移的趋势,放热量呈现减小的趋势,3个放热阶段的放热量占比没有明显变化,约为1%、30%、70%。并且发现升温速率越低,活化能值越小,煤自燃倾向性指数γ值变大。通过研究烟煤的放热特性和不同升温速率对烟煤放热特性的...     

水浸煤体自燃特性实验研究

为了研究煤体在水环境浸泡后的自燃特性,通过煤自燃程序升温实验装置,对预先处理的水浸煤样和原煤样进行程序升温试验,对比分析了两者的指标性气体产生率和耗氧速率,发现当煤体温度升高至130℃左右时,浸泡煤样耗氧速率及CO、CO2生成率大于原煤样,并且其C2H6、C2H4产生的温度较原煤样的110℃提前到了90℃。分析研究上述实验结果,这是由于水浸煤体含水量及煤分子结构发生变化而造成的。     

陕蒙矿区深部开采沿空侧煤自燃特性与分区防控方法

陕蒙矿区深部开采矿井具有矿压大、煤体破碎程度较高的特点,留设窄煤柱沿空掘巷容易形成裂隙造成沿空侧漏风,导致沿空侧浮煤存在煤自燃隐患;为了掌握沿空侧煤自燃特性,以营盘壕煤矿为例,通过程序升温初次氧化和二次氧化实验得到煤氧化过程中的各气体变化规律和自燃特征参数。结果表明：营盘壕煤矿2201工作面原煤和沿空侧氧化煤的临界温度范围为70～80℃和65～75℃,干裂温度范围为105～115℃和120～130℃;氧化煤较原煤的临界温度提前、干裂温度滞后;通过对比2次氧化过程中的耗氧速率和CO产生率,在90～100℃之前,氧化煤较原煤的氧化反应更剧烈,在90～100℃之后相反,说明在低温阶段氧化煤更加容易发生煤自燃,自燃隐患突出。因此,通过加强对沿空侧煤自然发火情况监测,提出了陕蒙矿区沿空侧煤自燃的分区防控方法,构筑了喷浆堵漏、胶体压注和液态CO₂降温等相结合的综合防灭火技术,实现对沿空侧煤自燃灾害的超前防治,有效保障了沿空侧不着火和本面采空区安全推进。     

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。     

西铭矿煤层自然发火早期预测预报研究

通过对西铭矿3 #煤样的热解实验,得到煤在热解过程中生成的气体与煤温之间的关系,利用分析结果对西铭矿33605工作面进行了自然发火的预测预报,结果表明,以CO作为首选指标性气体,并辅以C2H4、C3H8、C2H2来掌握煤炭自燃情况效果良好;CO的出现说明煤已经发生氧化反应,C2H4、C3H8出现表明煤已开始剧烈氧化,C2H2的出现说明煤温已经超过180℃.     

潞宁矿区2~#煤层自燃指标气体优选的试验研究

以潞宁矿2#煤层煤样为研究对象,通过程序升温试验,研究不同气体在煤氧化过程中的变化规律,具体分析了CO、C2H4、CO/CO2体积分数随温度变化特性。试验结果表明:潞宁矿区2#煤层煤产生CO的临界温度为30℃,从80℃开始CO体积分数呈持续稳定上升趋势,C2H4出现的温度为160℃左右,CO/CO2体积分数比从80℃时生成速率迅速增加。因监测中难以准确分析气体在采空区的真实体积分数,所以同一组气样体积分数比对于预测煤自燃具有重要意义。因此,潞宁矿区2#煤层检测煤炭自燃的标志气体应以CO为主,CO/CO2为辅。当煤温达30℃时,应加强CO体积分数监测;当CO体积分数达1.8×10-5,CO/CO2体积分数比为1时,应发出煤炭自燃预警并采取有效的防灭火措施。     

不同变质程度煤二次氧化自燃的微观特性试验

为探讨煤二次氧化特性,采用煤质分析、FTIR傅里叶红外光谱分析和程序升温实验分别对榆树井褐煤、黄陵烟煤和汝萁沟无烟煤的原始煤样及其氧化后（二次氧化）煤样进行微观自燃特性对比研究。结果表明：二次氧化煤样中C含量减小,O含量增大,水分减少;而比表面积与孔隙率增大,导致与氧发生反应的面积增大,致使氧化反应前期二次氧化过程中产生的CO浓度大于一次氧化。随着温度的升高,氧化反应后期煤分子中羟基、脂肪烃等活性官能团数量随之变化并大量消耗和再生,裂解产生C2H4气体,导致二次氧化过程中产生的CO浓度和C2H4浓度小于一次氧化。此外,二次氧化煤样特征温度点均提前于原始煤样,使得发生自燃的时间提前,说明二次氧化煤样氧化性强于原始煤样,更容易自然发火。     

煤自燃指标气体的吸附与浓缩规律

针对煤自燃指标气体在井下风流中浓度小而无法有效预报煤炭自燃程度的缺点，采用煤自燃指标气体的吸附浓缩实验系统，通过对煤样在不同温度条件下热解放出的烃类指标气体吸附浓缩前后检测结果分析，得出烃类指标气体的吸附浓缩规律，以及气体吸附浓缩后甲烷比、乙烷比、烯烷比与煤温的变化关系，使得相同温度下经吸附浓缩后可检测出的组分增多，且各组分气体检出的初始温度大幅降低，使检测出指标气体的初始温度平均提前了90 ℃左右，提高了各组分气体检测的灵敏度.     

珲春地区高瓦斯矿井煤自然发火标志气体研究

为了探究珲春地区高瓦斯矿井煤自然发火情况,选取该地区板石煤矿22、23a和八连城煤矿18#、26#共4个煤层进行程序升温特性实验,分析了CO及烃类气体产生量随温度的变化规律,优选自然发火标志气体,测算煤自燃临界温度。结果表明,板石22、23a和八连城18#、26#四个煤层的自燃临界温度分别为101.0℃、97.6℃、121.0℃、169.1℃。CO和C2H4的初现温度大约在30℃与80～120℃,且产生量随温度单调递增,可作为煤自燃预测预报的主要参考指标|而同时,为了保证检测的全面与准确,还可以将规律性良好的其他烃类气体、烯烷比和链烷比进行辅助参考。     

姚桥煤矿煤炭自燃预测预报指标气体的探索与研究

通过对预测预报气体指标的探索与研究,确定了判断煤炭自燃的指标气体,形成了姚桥煤矿一套综合的煤炭自燃预测预报气体指标判断体系,有力地促进了矿井的防灭火工作,减少了矿井煤炭自燃发火事故,减少了矿井因煤炭自燃造成的经济损失、人员伤亡和负面影响,为矿井的安全生产提供了有力的保障。     

色连煤矿煤自燃标志气体试验研究

为有效预测色连煤矿8109工作面采空区自燃状况,指导煤矿采取针对性防灭火措施,需确定煤自然发火标志性气体.通过对煤样进行程序升温试验方法,研究煤的低温氧化特性并对煤自燃预测指标进行了优选.结果 表明:煤低温氧化过程中活性较大,常温下就可以生成CO,干裂温度在100～110℃之间.使用格雷哈姆系数R2、R3区分化学吸附阶...