煤实验最短自然发火期的快速测试

基于煤实验最短自然发火期确定煤的自燃倾向性是一种科学、可靠的鉴定方法。但由于在实验室测试煤在绝热条件下的实验最短自然发火期周期长,难以实现测试的标准化,此方法的应用受到限制。因此研究煤实验最短自然发火期的快速测试方法具有重要意义。通过理论分析与实验研究,确定70℃时煤样罐出气口的氧气体积分数(C70)与交叉点温度(Tcpt)是分别能体现出煤在低温缓慢氧化阶段及快速氧化阶段氧化升温特性的特征参数。通过程序升温测试煤低温氧化过程的特征参数C70指标和Tcpt指标,实现了煤实验最短自然发火期的快速测试。基于程序升温测试得到的实验最短自然发火期与绝热测试结果的一致性表明了此方法的准确性、可靠性及基于实验最短自然发火期确定煤的自燃倾向性的可行性。     

基于突变理论的煤矿安全状态评价研究

为准确评价煤矿安全状态、提高煤矿安全水平,提出了基于突变理论的煤矿安全状态评价方法。通过分析煤矿安全状态的影响因素,从人员因素、物的因素、环境因素和管理因素4个方面构建了煤矿安全状态评价指标体系;结合该评价指标体系,在突变理论的基础上,确定了煤矿安全状态评价的突变模型及评价过程;通过对评价方法进行优化,提高了评价结果的准确性。基于此评价模型及过程,针对实例煤矿进行安全状态评价分析,评价结果与该煤矿实际安全状态相符,证实了该评价方法的合理可行性。该方法可用于煤矿安全状态评价,为制订安全对策措施提供依据。     

高瓦斯易自燃煤层瓦斯与自燃复合致灾机理研究

为解决高瓦斯易自燃煤层安全生产过程中的关键难题,结合阳泉矿区石港矿实际情况,利用实验室试验、理论分析和现场实测相结合的方法对高瓦斯易自燃煤层瓦斯与自燃复合致灾机理进行研究。结果表明:高瓦斯易自燃煤体在含瓦斯风流不同瓦斯体积分数条件下,氧化产物总体上呈现"滞缓效应",而在等温条件下,随着CH4体积分数的增加煤自燃氧化产物总体上呈现"抑制效应";立体抽采条件下采空区漏风使得自燃"三带"范围变宽,同时利用高抽巷和尾巷CO体积分数可进行采空区自然发火预测,将自然发火划分为两个阶段;高瓦斯易自燃采空区立体抽采条件下散热带可采用氧气氮气体积比等于0.221来进行划分,自燃带仍可采用氧气体积分数5%来进行划分。     

Analysis of irrationality of coal susceptibility to spontaneous combustion determination method with fluid oxygen adsorption

Based on experiment results and theoretical analysis, pointed out that the method of coal susceptibility to spontaneous combustion determination with fluid oxygen adsorption can not present the essence of coal oxidation process and oxidation reaction. The method is incorrect, paying attention at one aspect and ignoring the rest. The method is not reasonable for coal susceptibility to spontaneous combustion determination. Susceptibility to spontaneous combustion of coal reflects chemical property of coal oxidation with oxygen absorption and heat release at low temperature. Coal’s susceptibility to spontaneous combustion is mainly decided by the number of molecules with reaction activation energy and activation molecule production rate at certain temperature. Therefore, index of susceptibility to spontaneous combustion should adopt accumulative value or trend of heat release or oxygen adsorption during oxidation process. Supported by Innovative Team in Science and Technology of Anhui Province College and Universities(2006KJ005TD); Science of Fire, Nature Science Foundation of China(2001CB409600)     

褐煤自燃倾向测定及其低温氧化反应过程研究

褐煤的自燃是一个缓慢的低温氧化过程,搭建煤自燃倾向测定实验台,采用篮热法测定不同煤种的自燃倾向,求得不同煤自燃的动力学参数,并采用热重和傅里叶红外光谱(FTIR)揭示其低温氧化反应机理,分析褐煤自燃倾向的影响因素。实验发现,水分含量的高低会影响自燃发生的时间,但不影响煤种最终的自燃倾向。褐煤的自燃倾向性是与煤的低温氧化反应性直接联系的:褐煤在低温氧化反应过程中,主要发生烷基侧链断裂,然后氧化反应放热,造成热量的积累。煤中烷基侧链基团含量越高,芳香烃含量越低,其氧化反应性越强,更易发生自燃;煤样比表面积决定了对氧的吸附能力,吸附能力越强,其低温氧化反应性越高,越容易发生自燃。     

采用绝热式自燃测试方法分析煤的自燃倾向

对煤的自燃倾向进行快速有效鉴别,有助于对煤的自燃倾向采取分级分类管理从而有效防治煤矿火灾,因而采用绝热式自燃测试方法对煤的自燃倾向进行准确分析很有必要。简要介绍绝热式自燃测试方法的测试原理及其仪器结构,模拟煤炭自燃的物理过程,通过采用包括反应器、气体预热铜管和跟踪温度控制方式等综合绝热措施以实现300 g煤样的自然发火实验,记录煤样从40℃上升到70℃的升温速率(或前30 h的升温速率),测试煤样的自燃特性曲线并分析曲线特征。即建立煤绝热氧化产热速率计算模型,结合实验数据计算所得的煤在绝热氧化条件下的升温速率和产热速率可鉴定煤自燃倾向性的强弱。采用绝热式自燃测试方法对不同煤的自燃倾向分析后表明,无烟煤和部分烟煤的自燃倾向较低,褐煤的自燃倾向较高,故而在煤矿开采时需特别注意褐煤的自燃倾向。     

煤自燃过程中活化能计算实验研究

自燃倾向性反映了煤自燃的难易程度,是反映煤由最初的吸氧生热到开始加速氧化这一变化过程的过程量,而活化能恰恰是一个可以衡量该过程难易程度的过程指标。采集了佳瑞煤矿15^＃煤层煤样,采用差示扫描量热仪进行了不同煤样粒径、不同升温速率和不同氧气浓度下的煤低温氧化热分析实验。根据Arrhenius方程,分析了煤氧化反应的特点,推导出了煤低温氧化过程活化能计算方法。依据该方法计算了不同实验条件下的煤低温氧化的活化能。实验结果表明:煤样粒径越小,煤的活化能测算值越小,越易着火,即自燃倾向性增大。升温速率越大,煤样的活化能测算值越大;煤的活化能随着氧气浓度的减小而增大,即自燃倾向性减小。     

煤特征放热强度的实验研究

通过煤自燃程序升温实验,测定出煤体的耗氧速度、CO和CO2的产生率,采用键能平衡法推算煤体的最大和最小放热强度,并通过与相关大型煤自然发火实验结果的关联分析,建立了煤体实际放热强度与最大和最小放热强度的函数关系,提出了表征煤体低温氧化放热性且仅与煤体破碎程度和氧气浓度有关的综合指标——特征放热强度.然后根据不同粒度和入口氧气浓度不同条件下程序升温实验的结果分析,得出表征煤体自燃性的强弱——煤体特征放热强度与粒度和入口氧气浓度的实验关系式,从而为定量判定不同条件下煤体自燃性的大小提供理论依据.     

基于模糊综合评价的煤自燃等级分类研究

为解决煤层自燃等级的合理评价问题,建立了基于模糊理论的二级评价模型,因素权重采用模糊层次分析法确定。利用该模型对鸡西某煤矿2426工作面煤层自燃危险性进行了评价,得到的结果为自燃,需要提前采取一定的预防措施。上述研究进一步丰富了煤层自燃等级评价方法,同时也为煤矿企业的相关决策提供了必要的参考。     

煤的自燃倾向性新分类方法

应用热重分析仪实验研究了神东矿区不同层位和不同工作面煤的自燃特性,结果表明：煤氧化燃烧过程分为3个阶段,即升温失水失重阶段、升温增重氧化阶段、升温燃烧失重阶段.对应3个阶段的活化能分别为失水活化能、着火活化能和燃烧活化能.着火活化能是指从增重开始到增重结束转为失重的拐点处阶段的活化能,以煤的着火活化能判定煤炭的自燃难易程度的新方法.着火活化能越小煤样越容易自燃,着火活化能越大煤样越不易自燃.     

基于熵值法—突变理论的煤矿自燃火灾安全评价研究

针对我国煤矿自燃火灾影响因素多、发生过程复杂多样的问题,提出熵值法和突变理论相结合的煤矿自燃火灾安全评价方法,建立了4级煤矿自燃火灾安全评价指标体系,包含3个二级指标：人的因素、物的因素、环境与管理,7个三级指标和19个四级指标。根据贵州松河煤矿的实际情况,运用该评价方法对其进行了自燃火灾评价,得到该矿总突变隶属值为0.612,属于一般安全煤矿,且在环境与管理指标中采空区漏风较为严重、聚热散热条件较差、遗煤落煤较多是造成煤矿安全性较低的主要原因,符合该矿基本安全状况,验证了该评价方法的实用性。     

同忻煤矿煤炭自燃预报体系的确立

大同煤田石炭二叠系煤层属特厚易自燃煤层,其中太原组3#～5#煤层经过火成岩入侵,煤层上部形成硅化煤,极易自燃。针对同忻煤矿一盘区的火灾预报问题,分析了该矿煤样的自然发火规律,利用热重法确定了该矿煤炭的自然发火温度,利用光谱分析分析了煤炭不同温度下的标志性气体,最终确立了该矿井以CO、C2H4为指标气体的二级自燃预报体系,建立了以束管监控为主要手段的煤炭自燃检测系统。     

煤自燃过程指标气体产生规律的系统研究

煤自燃过程指标气体广泛用于煤自燃情况的判定。利用程序升温对煤进行低温氧化的方法,对煤自燃过程指标气体产生规律进行系统研究和分析,发现煤低温氧化过程指标气体产生的主要规律有:不同指标气体开始出现的温度不一样;同一种指标气体在不同氧化活性的煤体中出现的温度不同;各种指标气体产生速率随温度上升而增大。并利用煤自燃过程产生自由基和逐步自活化反应的机理对煤自燃过程指标气体产生规律进行了科学合理的解释。     

流态色谱吸氧法测定煤自燃倾向不合理性分析

通过理论与实验结果的分析,指出流态色谱吸氧法测定煤炭自燃倾向性高低未能反映煤的氧化过程与氧化反应的实质,流态色谱吸氧法的指标体系不科学性;同时指出煤的自燃倾向性是反映煤在低温氧化条件下煤的吸氧与氧化放热的化学性质,煤的自燃倾向性主要由煤在某反应温度条件下具有反应活化能值的分子数及反应分子活化速率决定的;煤炭自燃倾向性高低的指标应采用氧化过程的放热量（或吸氧量）的积累指标或趋势指标.     

自然发火实验测定煤低温氧化活化能

煤低温氧化活化能是分析煤自燃特性的重要指标。文章提出了利用可加热的小型自燃发火实验台测定煤低温氧化活化能的方法。利用该方法测试了不同自燃倾向性、不同粒度范围煤样的低温氧化活化能,并研究了动态吸氧量、粒度与活化能之间的关系。运用自然发火实验可以准确测定实际煤体的低温氧化活化能,测试结果符合实际的煤低温氧化特性,可以较好地表征煤自燃倾向性。     

煤自燃危险性测试技术条件热力学参数的实验分析

根据煤氧复合理论,基于热反应动力学参数的聚类评价技术指标,测试和分析了煤在自燃氧化过程中的生热总量、产热速率和热焓变化等参数的变化规律。结果为:氧化温度在68～83℃内,煤自燃氧化产热速率加速增加,化学反应作用不明显;煤自燃氧化的焓变随反应温度升高逐渐增大,从反应初始阶段的18kJ/mol,逐渐增加到80℃时的300kJ/mol。实验结果为煤自燃危险性的综合分析评价指标体系的建立提供了技术支持,并在抑制矿井生产过程中由于煤炭自燃引发的恶性事故方面具有显著的现实意义。     

基于物元模型的采空区煤炭自燃危险性评价

基于可拓理论,建立了采空区煤炭自燃危险性评价物元模型,采用简单关联函数确定评价指标权重。确定了采空区煤炭自燃危险性评价指标及等级量值范围,依据山西某矿15101工作面实际,结合现场和实验室相关参数测定,获取了待评物元样本,对采空区自燃危险性进行了物元可拓评价。结果表明:该模型评价结果与实际情况相符,采用动态客观权重确定方法能有效避免主观因素的影响,将物元模型应用于采空区煤炭自燃危险性评价是合理可行的。     

Experimental simulation and numerical analysis of coal spontaneous combustion process at low temperature

The characteristic of coal spontaneous, combustion includes oxidative property and exothermic capacity. It can really simulate the process of coal spontaneous combustion to use the large-scale experimental unit loading coal ! 000 kg. According to the field change of gas concentration and coal temperature determined through experiment of coal self-ignite at low temperature stage, and on the basis of hydromechanics and heat-transfer theory, some parameters can be calculated at different low temperature stage, such as, oxygen consumption rate, heat liberation intensity. It offers a theoretic criterion for quantitatively analyzing characteristic of coal self-ignite and forecasting coal spontaneous combustion. According to coal exothermic capability and its thermal storage surroundings, thermal equilibrium is applied to deduce the computational method of limit parameter of coal self-ignite. It offers a quantitative theoretic criterion for coal self-ignite forecasting and preventing. According to the measurement and test of spontaneous combustion of Haibei coal, some token parameter of Haibei coal,spontaneous combustion is quantitatively analyzed, such as, spontaneous combustion period of coal, critical temperature, oxygen consumption rate, heat liberation intensity, and limit parameter of coal self-ignite.     

粒径对煤低温氧化阶段表观活化能影响试验研究

为探究不同粒径对煤自燃表观活化能的影响,对青龙煤矿三个煤层的不同粒径煤样进行程序升温试验,分析其耗氧速率、CO和C2H4产生规律,得到不同煤样的临界温度点和干裂温度点,并据此将煤低温氧化过程分为3个阶段。通过建立的基于耗氧速率的阿伦尼乌斯公式对试验数据进行处理,得出各煤样不同阶段的表观活化能和指前因子。结果表明：处于相同变化阶段的煤样表观活化能随粒径的增大而增大|对相同粒径煤样而言,若S1阶段的指前因子变化较小,其表观活化能随反应的进行而增大,若S1阶段的指前因子变化较大,则其S1阶段表观活化能大于S2阶段。5～7mm粒径作为临界粒径,其S1、S2阶段表观活化能相较大于其他粒径。混合粒径煤样各阶段的表观活化能较小。对比各组煤样的表观活化能可知,在相同的情况下,18#煤层发生自燃的难度相对较大,16#煤层次之,17#煤层难度相对较小。     

突变级数法在硫化矿爆堆自燃发火预测中的应用

提出了一种基于突变级数理论的硫化矿爆堆自燃发火的综合预测方法。对影响爆堆自燃的预测目标进行多层次矛盾分解,利用突变理论与模糊数学方法相结合产生突变模糊隶属函数,由归一公式进行综合量化运算,最后归一为一个参数,即求出总的隶属函数,从而进行爆堆自燃发火的分析预测。利用插值法确定了5种自燃危险性等级,并为各等级划分了突变级数值区域,接着以7个典型的矿山的矿样实例进行测试,最后将这种方法的预测结果与道化学预测结果以及与矿堆的实际情况进行比较。研究结果表明,突变级数法成功率高、客观性强,对某铜矿的判别率高;对通风条件不明的6个典型矿山的判别率也能达到83.3%,为硫化矿爆堆自燃发火预测的研究提供了一条新思路。