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。     

神东北部矿区水浸煤自燃标志性气体产生规律

采用煤自燃氧化程序升温实验,对水浸煤自燃标志气体产生规律进行了研究,对比分析了不同含水率水浸煤与原煤CO产生率、CO_2产生率、CH_4产生率、C_2H_4浓度、C_2H_6浓度、耗氧速率随温度的变化规律,发现在低温氧化阶段,水浸煤中水分的存在降低了原煤开始快速氧化的温度点,对煤自燃具有促进作用,水浸煤CO和CO_2气体产生率、耗氧速率高于原煤;在快速氧化阶段,水浸煤中水分的蒸发对煤自燃具有阻碍作用,水浸煤CO和CO_2气体产生率、耗氧速率低于原煤;在加速氧化阶段和高速氧化阶段,水浸煤中的水分与煤分子官能团结合生成含水络合物,提高了CO和CO_2气体产生率,以及耗氧速率,同时阻止烷烃和烯烃类气体的产生,降低了C_2H_4和C_2H_6气体浓度;在煤自燃氧化过程中,水浸煤中水分的存在,降低原煤中CH_4气体吸附量,水浸煤CH_4产生率低于原煤。结果表明,含水率对煤自燃氧化过程中的标志性气体产生规律具有明显的影响,经水浸泡的神东北部矿区12煤比其原煤更容易氧化自燃。     

基于程序升温的灵泉矿煤自燃特性研究

利用程序升温实验测试灵泉矿煤样,研究煤样在程序升温条件下的耗氧速率、CO、CH_4、C_2H_6及C_2H_4的产生规律。通过实验确定了煤样耗氧速率、CO浓度、CH_4浓度、C_2H_6浓度和C_2H_4浓度与温度的关系,并通过非线性曲线拟合,得出其与温度的拟合方程,从而得出煤样由低温氧化转为快速氧化的临界温度。研究结果对于灵泉矿复合采空区遗煤自然发火防治具有一定的理论与现实意义。     

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。     

王洼二矿上分层遗煤自燃特性的试验研究

为了掌握王洼二矿5号煤上分层遗煤的自燃规律,通过程序升温实验台对5号煤上分层遗煤与原始煤样的自燃特性参数进行对比研究。研究发现王洼二矿上分层遗煤的耗氧速率、CO产生率、CO_2产生率与放热强度均要大于原始煤样且120℃后更加明显,而上分层遗煤煤样特征温度及生成C_2H_4和C_2H_6气体所需温度均低于原始煤样,说明王洼二矿5号煤上分层遗煤更易发生自燃,危险性较大。     

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。     

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。     

武乡矿区多煤种低温氧化阶段特性参数研究

针对数值模拟过程中因煤自然发火导致瓦斯爆炸所需的重要基础数据不足,在试验室借助热重试验研究不同煤种质量和放热量的变化规律,得到不同煤样发生低温氧化时的温度区域。通过管式炉程序升温和色谱仪开展不同煤样产生气体分析试验,确定在不同温度时管式炉出口不同气体的含量,得到耗氧速率、CO与CO_2生成速率、放热强度与温度变化规律。试验结果证明:着火温度与煤的变质程度呈正比关系,煤的变质程度越高,发生低温氧化时温度区域越宽;温度相同时,煤的耗氧速率、CO与CO_2生成速率、放热强度与变质程度呈反比,变质程度较差的煤,更加容易发生自燃;CO产生速度高于CO_2产生速度;随着温度的升高,耗氧速率、CO与CO_2生成速率、放热强度指数关系升高;放热强度与耗氧速率呈线性关系。试验结果可用于煤发生自燃时的数值模拟和预测火区发生瓦斯爆炸危险性。     

甲烷气氛下煤低温氧化产气规律实验研究

为研究煤矿采空区含瓦斯和不同氧氮比气氛对浮煤自燃的影响,建立了煤低温氧化实验系统,设计了不同氧氮比和甲烷体积分数的18组实验气氛方案,并在此气氛下对自燃煤层煤样开展程序升温氧化实验。研究表明,高氧氮比气氛下煤样CO初始产出温度比低氧氮比气氛低,同时高甲烷组分抑制CO生成;C_2H_4产出随甲烷体积分数增加而降低,随氧氮比减小而降低,氧化气氛中甲烷对C_2H_4产出有一定的抑制效应;在拐点温度后,高氧氮比、低甲烷组分下CO_2产出速率高于低氧氮比、高甲烷组分;C_2H_6产出到160℃时达到峰值,随后产出量缓慢下降。     

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。     

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。     

气煤自燃特征参数规律研究

为揭示气煤自燃特征参数规律,通过煤自燃标志性气体测定系统,测定气煤自燃标志性气体产生规律,对气煤自燃特征参数进行深度分析,得出了气煤自燃特征参数规律。结果表明:CO/CO_2的比值规律性良好,能反映气煤自燃的趋势;保德气煤的临界温度为42℃,干裂温度为101℃;CO产生率先缓慢增加后急剧增加,温度拐点为100℃;CO_2产生率随煤温升高而增大;CH4产生率随煤温升高先增大后减小,极值点煤温为130℃;煤温100℃前,耗氧速率线性缓慢增加,超过100℃,耗氧速率迅速增加;最大与最小放热强度随煤温升高而增大。基于以上研究,确立了气煤自燃特征参数规律,为科学有效地预防气煤自燃提供了理论依据。     

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。     

东欢坨矿煤层自燃指标气体分析

为了预防预报东欢坨煤矿的自燃火灾,现利用程序升温-气相色谱联用实验,检测升温过程中指标气体含量,进行了CO、CO_2、CO/△O_2、C_nH_(2n+2)/C_nH_(2n+2)、C_nH_(2n)/C_nH_(2n+2)、C_nH_n/C_nH_n等的计算。结果表明:在煤低温氧化全过程中,都可以检测到CO,在140℃以后可检测到C_2H_4。因此针对东欢坨,在50~350℃,选择CO作为指标,并利用CO_2、C_2H_6和C_3H_8为辅助指标。当温度达到140~300℃,选择C_2H_4作为预测指标气体,并利用C_2H_4/C_2H_6及C_2H_4/CH_4指标气体作为该温度段内的辅助标志气体,由此确定的指标气体,为东欢坨煤层自燃火灾防治提供了依据。     

水分含量对长焰煤自热反应的影响研究

为解决补连塔矿22煤层采空区煤自燃防治问题,采用程序升温装置对不同含水率煤样进行氧化分析,研究不同含水率煤样耗氧速率、CO和CO_2产生率及放热强度;并推导CO_2绝对生成量与温度之间的关系式,拟合求出煤样临界温度和表观活化能。结果表明:煤样耗氧速率、CO和CO_2产生率以及放热强度随含水率升高先增大后减小,耗氧速率由高至低的含水率为21.55%29.50%13.45%37.56%5.53%,CO、CO_2产生率和放热强度为21.55%13.45%29.50%37.56%5.53%;临界温度随含水率升高先减小后增大,由高至低为37.56%29.50%5.53%13.45%21.55%;水分在临界温度点后对表观活化能影响较为明显,随含水率升高先减小后增大,含水率21.55%煤样表观活化能最低。     

MgCl_2对煤一次氧化与二次氧化影响的实验研究

为研究MgCl_2对煤一次与二次氧化的影响,采用程序升温法分别研究了长焰煤一次氧化和二次氧化的不同特征。结果表明:未经MgCl_2阻化处理的煤样,一次氧化的CO、CO_2产生量和耗氧速率均高于二次氧化;经MgCl_2阻化处理后的煤样,煤温低于110℃时,一次氧化的CO、CO_2产生量和耗氧速率均低于二次氧化,煤温在110~140℃时,二次氧化比一次氧化反应更完全。     

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。     

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。     

冲击地压条件下低变质煤自燃特性研究

利用程序升温试验装置,以宽沟煤矿I010206综放工作面B₂煤层为研究对象,在单轴加压7.5 MPa条件下开展不同粒径煤样的程序升温实验,分析B₂煤在不同粒径条件下在升温氧化过程中CO,CH₄,C₂H₆,C₂H₄等气体的产生规律,并计算了不同粒径煤样的耗氧速率、气体产生速率。研究结果表明：超过临界温度后,随煤温升高,产生的标志气体浓度由缓慢增长变为急剧增长,且随煤样粒径减小,其增长速率逐渐增大,耗氧速率和气体产生速率也逐渐增大,自燃氧化临界温度70℃,干裂温度为110℃。     

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。