新疆和丰沙吉海矿区主采煤层自然发火特性研究

为了研究新疆和丰沙吉海矿区主采煤层自燃氧化特性,利用程序升温氧化试验装置,研究了不同煤样自燃临界温度、煤自燃特征气体浓度随温度的变化规律,根据试验数据,计算了各煤样不同氧化阶段的温度耗氧速率和放热速率。研究表明:沙吉海矿区煤层不同升温氧化阶段耗氧速率可分为2个阶段,所确定的煤层自燃氧化规律,可为判定煤层自燃氧化的临界温度提供依据。     

低阶煤自燃指标气体与氧化特征温度实验研究

以4种低阶煤为研究对象,通过程序升温氧化实验和热重分析实验,研究煤升温氧化过程中各指标气体浓度及煤样质-热与温度的关联性。对比同一温度下不同煤样产生指标气体浓度,发现煤变质程度越低,氧化越剧烈,得出以CO为主,H_2、C_2H_4和C_2H_2为辅来进行预测预报的自然指标气体体系;同时确定各煤样特征温度,对煤自燃过程进行阶段划分,提高现有煤层自然发火宏观特性的认识。     

我国煤矿火灾防治技术的现代发展与应用

煤层自燃引发的煤矿火灾严重影响煤矿安全生产。为提前做好煤层自燃预测预防工作,以龙滩煤矿3122S回采工作面为研究对象,结合实验室煤自燃实验和现场标志性气体测试,对3122S回采工作面煤层自燃标志性气体临界值进行确定。通过煤样程序升温氧化实验,得到煤自燃产生的各气体浓度随温度变化规律,确定选取CO、乙烯C₂H₄为主要标志性气体;根据模糊统计数学方法计算出3122S回采工作面煤层煤样自燃临界温度为87 ℃;拟合现场实测的CO质量浓度和温度,代入煤样自燃临界温度计算得到标志性气体CO质量浓度临界值为88.50 mg/L,C₂H₄质量浓度临界值根据实验所测为0.90 mg/L。根据现场监测的标志性气体的临界值和温度双重预防煤自燃引发的火灾。

     

豹子沟矿9号煤层自燃指标性气体优选实验研究

为了提高煤层氧化释放的指标性气体预测煤层自燃可靠性,利用煤自然发火气体产物实验装置,对豹子沟煤矿9号煤层煤样氧化过程进行模拟,重点研究氧化过程中气体产物的生成规律及特性、标志性气体分析与优选、煤自燃临界氧气浓度等。研究结果表明,CO、C_2H_4和C_3H_6气体出现的临界温度分别在61℃、159℃和210℃左右;CO是煤样氧化过程中出现最早、且贯穿整个氧化过程的预测煤层自然发火的最佳指标气体;煤炭自然发火的临界氧气浓度为7.0%。     

虎峰煤业煤层自燃宏观特性实验研究

通过对同煤集团华盛虎峰煤业所采2#煤层煤样进行热重分析实验和程序升温氧化实验研究,确定了2#煤层自燃过程中各阶段的特征温度,得出升温氧化过程中各气体浓度随温度变化的规律,确定了以CO为主,C2H4、H2、C2H2为辅的煤层自燃指标气体预测预报体系,将特征温度与指标气体进行关联性分析,对煤自燃过程有了更深入地认识,掌握了虎峰煤业2#煤层自然发火宏观特性,为该矿煤自燃防治提供了科学依据。     

沙坪煤矿煤炭自燃早期预测预报技术研究

以沙坪煤矿10#煤层煤样为研究对象,根据国家相关标准进行煤样基础参数测试,建立煤层自燃预测预报技术体系基础数据。利用程序升温氧化实验考察煤样在不同温度下气体产物的生成变化规律,优选出各煤层煤样自燃发火标志气体,并确定煤自燃过程中耗氧速率、CO产生速率、CO2产生速率、临界温度、动力学参数,形成体系并指导现场煤炭自燃早期预测预报工作。     

某矿10+11#煤层自然发火标志气体及指标的优选

为了预防煤层自然发火事故,利用煤自然发火模拟实验气体产物分析方法,对某矿10+11~#煤层煤样进行自然发火气体产物模拟实验。根据实验数据,分析了CO、烯烃气体、烷烃气体的产生规律,绘制了煤样升温氧化过程中产生气体浓度随温度的变化曲线,并对煤样自然发火标志气体分析。最后优选出CO、C_2H_4、C_2H_2、C_2H_4/C_2H_6、C_3H_8/C_2H_6作为该矿10+11~#煤层煤自然发火预测指标。     

煤低温氧化标志性气体变化规律

利用煤在低温氧化过程中会产生一些氧化气体产物,而这些气体产物中有些可以作为指标气体,了解这些气体的变化规律可以有效的预报采空区煤炭的自然发火.通过对龙东煤矿7128工作面煤层的新鲜煤样和氧化煤样进行低温氧化实验对比,测量新鲜煤样和氧化煤样在不同的温度下产生的气体产物,结果表明:氧化煤样是新鲜煤样的延续,新鲜煤样和氧化煤样在进行低温氧化都能够产生CO,CO2,CH4,C3H8,C2H4,C2H6,C2H2,C4H10和iC4H10等氧化气体,但所产生气体时的温度不一.7煤在达到70℃后可将CO作为煤炭自燃早期预报的指标气体,C2H4可作为辅助指标气体.需要采用指标气体增长趋势与临界值共同预报采空区遗煤氧化情况.对煤的低温氧化实验规律研究可以用来对采空区内温度进行监测以防止煤炭自然发火.     

煤低温氧化过程气体产物变化规律研究

利用自制煤氧化装置,对褐煤、烟煤和无烟煤进行低温氧化实验,结果表明,不同煤样,低温氧化产生的气体及温度不同,气体的生成量与氧化温度呈指数关系,其相关性很好;揭示了煤的低温氧化过程气体浓度与温度变化特征,提出多标志气体进行煤自燃早期预测预报。     

林南仓矿煤自燃氧化特性研究

为研究林南仓矿煤的自燃氧化特性,从不同煤层、不同采区采取典型煤样8个,分别进行了煤的自燃倾向性和煤升温模拟氧化实验。实验结果显示,该矿8个煤样分别为Ⅰ类容易自燃和Ⅱ类自燃,自燃危险性较高。该矿煤在常温下就具有很强的氧化能力,并产生CO气体。根据煤低温氧化过程产生的气体量以及气体浓度的变化规律,将自燃氧化过程划分为缓慢氧化、加速氧化和激烈氧化3个阶段,并确定了温度范围,为指导煤层自燃火灾防治提供了依据。     

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。     

供风量对褐煤自燃特性参数影响的实验研究

为研究煤自燃时期生成气体对诱发瓦斯爆炸的影响,选取瑞安煤业4^#煤层褐煤为实验煤样,通过管式炉程序升温和色谱分析仪研究供风量为40、120、200 mL/min时对煤自燃时期生成气体的影响,得到不同温度条件下管式炉出口O₂、CO、CO₂气体摩尔浓度,并计算了褐煤低温氧化阶段耗氧速率、气体生成速率和放热强度与煤样温度之间的关系。结果表明：随着温度升高,煤样的耗氧速率、CO生成速率、CO₂生成速率、放热强度与温度之间均呈指数关系变化;煤样的耗氧速率与放热强度呈线性递增关系,相同耗氧速率下,当供风量为120 mL/min时放热强度最大,当供风量为200 mL/min时放热强度最小。     

不同煤种低温氧化过程指标气体变化规律研究

 以不同煤种为研究对象,按不同的粒度进行程序升温实验,采集不同煤温时产生的气体进行气相色谱分析,分析煤氧化过程中产生指标CO,C2H4和C2H6气体量以及气体浓度的变化规律。实验发现不同煤种低温氧化产生指标气体的温度不同,煤变质程度越高,氧化能力越低,特征温度越高。CO和C2H4产生量与煤温呈指数关系;在相同温度段,确定了不同煤种CO和C2H4产生量的关系。     

二氧化碳和氮气对煤自燃性能影响的对比试验研究

为研究二氧化碳和氮气对于抑制煤自燃的不同效果,设计了煤自燃程序升温静态试验和动态试验,测试了在不同试验条件下煤的耗氧速度和一氧化碳的产生速度,验证了二氧化碳气体和氮气对煤的氧化反应速度产生不同的影响,得到煤样在分别通入空气、氮气-空气混合气体和二氧化碳-空气混合气体后的表观活化能,分别为38.952 75,40.600 59和46.795 35 k J/mol。可见惰性气体可以增大煤样的表观活化能,但是氮气-空气的混合气体只是略微增大了煤样的表观活化能,而二氧化碳-空气混合气体则显著增大了煤样的表观活化能,说明在通入二氧化碳气体情况下煤样更不易自燃,二氧化碳比氮气具有更好的抑制煤炭自燃的能力。     

基于CO浓度的煤低温氧化动力学试验研究

为了研究煤低温氧化过程的分阶段特性以及不同阶段所表现出的动力学特征,采用气相色谱仪测定在程序升温条件下煤样在不同温度时氧化产生CO的浓度,研究发现CO浓度与温度呈多项式的关系,并以此作为煤氧反应函数模型;按照动力学分析积分法分段进行拟合发现,测试煤样在30～80℃不具有线性关系,拟合效果很差;在80～200℃的相关系数达到0.99以上,拟合效果很好。研究结果表明：煤低温氧化过程中,在临界温度点前后不仅其动力学参数有差异,且只用一个反应函数模型可能不能充分解释其反应机理。     

高瓦斯矿井特大火区治理的新技术

为了研究不同含水率气煤的自燃特性,通过程序升温实验系统,分别对5种煤样进行低温氧化实验。实验结果表明：在低温氧化过程中,不同含水率气煤的自燃特性参数均随温度的升高呈指数变化趋势;煤样的CO与CO₂体积分数、耗氧速率、放热强度均表现出低含水率下大于原煤,高含水率下小于原煤的规律;在加速氧化阶段,原煤的活化能为75.7 kJ/mol,相比之下含水率为5.87%、9.81%、13.81%的煤样活化能分别降低了6.8、25.6、4.6 kJ/mol,而含水率17.85%煤样的活化能却上升了4.1 kJ/mol。研究结果表明：一定范围内水分含量越大,煤样的表观活化能越小,煤的自燃倾向性越高;而过量水分会抑制热量积聚,使煤的活化能变大,自燃倾向性变低。

     

Experimental study on performance that carbon dioxide inhibits coal oxidation and spontaneous combustion

Adopting oil-bath temperature programming experiment and gas chromatography, CO₂’s inhibitory performance on spontaneous combustion of Tingnan Coal Mine sample was analyzed. Through temperature rise rate test experiment, the accuracy, stability and reliability of the improved oil-bath temperature programming system applied in this experiment was proved to be superior to the traditional system. Spontaneous combustion characters parameters test of coal sample in pure air was carried out with this system and offered comparison standard for research in next stage. Temperature programming to coal sample was further conducted in oil-bath with different concentration of CO₂. Testing results are compared with parameters of concentration of CO, O₂, temperature, CO generation rate and O₂ consumption rate tested and calculated in previous experiment in pure air. Methods of proportioning between concentration of CO and O₂, CO concentration and temperature, CO generation rate and O₂ consumption rate were applied to eliminate obstructions from certain external factors such as inlet of CO₂; meanwhile influences of CO₂ of different concentrations to coal oxidation and spontaneous combustion were investigated. Also CO₂ inhibition technique was used in spontaneous combustion prevention in workface No.106 of Tingnan Coal Mine, data collected from which indicate that CO₂ performs well in inhibiting coal oxidation and spontaneous combustion.     

CO_2对煤升温氧化燃烧特性的影响

为了掌握CO2气体防治煤自燃的特性,采用TG-DSC联用分析系统测定煤样在不同CO2体积分数、不同升温速率时反应引起的质量、能量变化,研究CO2对煤升温氧化燃烧过程的影响。通过分析煤升温氧化燃烧过程的TG-DSC曲线,确定了煤氧化燃烧过程的特征温度变化规律,实验表明:煤样变质程度越高,TG曲线越向温度高的方向移动;特征温度T1,T2,T3在不同CO2/空气混合条件下失重曲线差异较小,在失重温度T4时,CO2体积分数越大,其TG,DTG曲线差异越大,着火温度、质量变化速率最大温度点及燃烬温度点延后。CO2体积分数影响了煤样放热强度,CO2体积分数越低,DSC曲线越陡,放热强度越高;CO2体积分数越高,曲线平缓,放热量小,燃烧点放热峰向高温区移动,反应得到了抑制。通过动力学分析计算得出:煤样在空气氛围下的活化能和频率因子均大于在通入CO2气体后,随着CO2体积分数的升高,表观活化能和指前因子减小速度加快,但反应速率常数也减小,表明CO2抑制了煤的氧化燃烧。     

水浸煤二次氧化自燃危险性实验研究

为研究水浸煤二次氧化升温和降温全过程的自燃危险性,采用程序升温实验方法对原煤、水浸煤初次及二次氧化升温和降温的自燃特性参数进行对比研究,并利用表观活化能计算模型,在直角坐标系中通过线性拟合的方法计算不同温度阶段的表观活化能。实验结果表明：在升温过程干裂温度之后和降温全过程中,煤样的耗氧速率、自燃特征气体的产生率和极限放热强度均符合水浸煤高于对应原煤、二次氧化高于对应初次氧化的规律;表观活化能方面,水浸煤低于对应原煤、二次氧化低于对应初次氧化。因此水浸煤的自燃危险性更大。