新疆阜康矿区主采煤层自燃氧化特性的试验研究

采用程序升温氧化试验装置,对新疆阜康矿区主采的45#,A5,A3煤层进行氧化特性试验,研究了不同煤样自燃临界温度TC、CO初始温度及CO、O2随温度的变化和其他CnHm气体初始温度;根据试验数据,将程序升温氧化过程划分为Ta(室温)—TCO低温段和TCO—Tb段,计算了各煤样不同氧化阶段的温度耗氧速率。试验表明:Ta—TCO低温段温度耗氧速率从大到小依次为45#煤层、A5煤层、A3煤层;TCO—Tb段温度耗氧速率从大到小依次为A5煤层、A3煤层、45#煤层。Ta—TCO低温段,45#煤层具有较高的氧化活性,而当温度达到一定值后(即TCO—Tb段)A5煤层氧化活性较高,而45#煤层为最低。初步分析了煤质对氧化特性的影响。     

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。     

准东大井矿区巨厚煤层开采覆岩含水层渗透特性研究

基于准东大井矿区赋岩柱状及岩性,构建了赋岩物理模型与数值模型。基于该模型,开展了赋岩位移与含水层渗透特性的模拟研究。结果表明:开采首分层覆岩含水层各测点位移随开挖长度的增加而增加;测点1~#物理模拟开挖至70～250m及数值模拟开挖至100～300m时,位移呈快速增加,其后位移变化稳定;测点2~#物理模拟开挖至70～420m及数值模拟开挖至250～500m时,位移呈快速增加,其后位移稳定;测点3~#物理模拟开挖至430～600m及数值模拟开挖至450～600m时,位移快速增加。物理相似模拟及数值模拟各测点变化趋势基本一致;覆岩含水层各测点有效应力与孔隙介质渗透率呈负相关;覆岩含水层各测点有效应力与裂隙介质渗透率呈正相关。开挖1～5分层渗透率大小为:测点1~#测点3~#测点2~#;开挖6～8分层渗透率大小为:测点3~#测点1~#测点2~#;覆岩含水层渗透特性与覆岩孔隙-裂隙双重介质动态变化特征有关,与采动覆岩应力变化具有耦合效应。     

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。     

准东大井矿区巨厚煤层开采覆岩裂隙分布特征

针对准东巨厚煤层典型赋存特征,选取大井矿区为研究对象,构建了巨厚煤层开采力学模型,模拟研究不同开采方式采场覆岩裂隙分布特征。结果表明:在采场应力的控制下,工作面前方覆岩裂隙由原岩裂隙区依次演化为原岩裂隙闭合区、微裂隙发育区、裂隙快速发育区、破断裂隙发育区、离层裂隙发育区、裂隙逐渐闭合区;覆岩主关键层是覆岩裂隙发育程度高低的分界线,其也会控制覆岩裂隙发育高度;巨厚煤层开采覆岩裂隙主要分布于采空区两侧,且沿岩层破断线呈"八"字形分布,并随工作面推进呈现周期演化,其是覆岩含水层水体向采场渗流的关键通道,对矿井的安全生产至关重要;从保水采煤角度考虑,放顶煤分层开采对覆岩含水层扰动影响较大采高分层开采小。     

和顺矿区无烟煤自燃特性的实验研究

煤自燃火灾是威胁矿井安全生产的主要灾害之一,研究煤自燃特性能够为矿井的煤自燃火灾防治提供理论基础。通过煤自燃特性测试系统对和顺矿区煤样的自燃特性进行了测试分析,分析结果表明,和顺矿区无烟煤的氧化交叉温度150℃;CO、C2H4、C2H2气体浓度变化情况及C2H4/C2H6、C2H4/C3H8的比值变化情况能够反映和顺矿区煤自燃的趋势;煤样的耗氧速率随温度的升高逐渐增大,自燃临界温度在60~70℃之间,裂解温度在130~140℃之间。     

准东大井矿区保水采煤开发利用研究

本文以准东大井矿区为研究对象,基于资料分析得到矿井主采煤层B_1均处于Ⅳ含水段,通过常规经验计算方法估算了大井矿区巨厚煤层大采高分层开采和放顶煤分层开采导水裂隙带发育高度,分别为126.8～190.5m、232.9～334.5m和79.1～98.0m、158.2～196.0m,导水裂隙带均可发育至覆岩含、隔水层,从保水采煤角度出发,应减少分层采高,优先采用大采高分层开采方式。矿井涌水量达2 050m~3/d,且属高矿化度矿井水,结合矿区用水现状及企业类型,初步提出可采用蒸馏、电渗析、反渗透和蒸发结晶等水处理工艺,出水可分别作为矿区生产、生活及生态用水。     

巨厚煤层开采覆岩含水层破坏模拟——以准东大井矿区为例

本文针对准东矿区巨厚煤层典型赋存特征,以大井矿区为研究对象,通过识别覆岩关键层及含水层,采用UDEC数值模拟方法,建立大井矿区巨厚煤层开采覆岩力学模型,对不同开采方法覆岩含水层破坏进行了模拟研究。结果表明:研究区覆岩关键层分为4层、覆岩含水层共2层;开采厚度相同时,大采高开采覆岩下沉量、裂隙带发育高度及开采对含水层的扰动影响均大于放顶煤开采;采高24m,推进长度为300m时,导水裂隙已发育至含水层Ⅱ;主关键层对覆岩位移、裂隙分布及开采对含水层的扰动影响起关键作用。     

空气流量对遗煤自燃特性影响研究

通过将潞安集团潞宁矿的原煤按质量等分成5组,利用自主研发的煤程序升温实验装置分别对5组煤样进行程序升温实验,利用气相色谱仪对程序升温过程中生成的气体进行分析并计算,研究了升温过程中空气流量对煤的实际耗氧速率、标准耗氧速率和标准放热强度的影响。研究结果表明:不同空气流量下标准耗氧速率曲线和标准放热强度曲线都呈指数增长;标准耗氧速率曲线和标准放热强度曲线的变化不受空气流量大小的影响。     

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。     

煤自燃过程中自氧化加速温度研究

基于静态耗氧实验、热分析实验及红外光谱实验结果,结合煤低温氧化阶段的宏观耗氧放热规律及微观活性基团含量变化,对煤的化学动力自氧化加速温度进行了探讨。基于静态耗氧实验结果所得的活化能变化规律显示,随温度升高,煤氧复合的活化能逐渐减小,较高温度时出现负活化能,标志着煤氧复合反应进入自发反应阶段;利用补偿效应推导了等动力学温度点T iso的计算公式,得到实验煤样的T iso为127 ℃。在T iso附近,煤中还原性强的基团急剧减少而含氧基团快速增加;另用热重-差示扫描量热TG-DSC实验结果计算得到在T iso附近活化能达到最低。微观结构变化和宏观放热特征证实了计算所得T iso与煤自氧化加速点的相关性,认为可将等动力学温度点T iso视为煤从低温缓慢氧化进入自活化反应阶段的临界点,即自氧化加速温度点。     

乌达煤田煤层自燃内因分析与自燃类型划分

采用野外地质调查、测试分析和数据处理等综合手段，研究内蒙古乌达煤田煤层自然发火的内因条件，揭示了煤层自燃趋向性与煤层厚度、煤变质程度、灰分含量、发热量、硫含量、硫化物矿物以及有机显微组分含量等煤物质组成要素之间的关系.以煤测试统计分析数据的聚类分析结果为依据，从内因条件控制角度，将乌达煤田主要发火煤层划分为三大类：以高硫含量和富硫化物矿物为特征的高硫助燃类型；以煤层厚度大和低变质程度为特征的厚层氧化类型；过渡类型.     

煤自燃高温贫氧氧化燃烧特性参数的实验研究

针对现有煤自燃特性参数测试装置的特点和不足,根据煤田火区高温、贫氧的燃烧特点,设计建造了XKGW-1型煤田火区燃烧特性参数测试实验装置。利用该实验装置模拟了煤田火区的燃烧过程,得到了煤样从常温到600 ℃高温过程中的宏观特性参数规律。实验结果表明,煤样可以在高温、贫氧浓度条件下,继续发生反应,放出大量的热量,维持火区的发展扩大。在火区发展演化的过程中,煤样的升温速率会因水分蒸发等原因出现减小的现象,但总体呈增大趋势;煤样的耗氧速度在50 ℃之前特别缓慢,之后迅速增大,氧浓度急剧减小,当煤温升高到约130 ℃左右,氧气浓度降低到3%以下,并持续缓慢降低;CO和CH4的产生量的变化规律相似,都随煤温的升高而升高,并且在110 ℃之前产生速率较慢,之后逐渐增大;CO2,C2H4,C2H6的产生量的变化规律相似,均随煤温的升高先增大后减小,但峰值点所对应的煤温有所不同。     

煤的绝热氧化阶段特征及自燃临界点预测模型

为建立煤的绝热氧化阶段特征和自燃临界点的预测模型,基于绝热氧化实验、元素分析实验以及工业分析实验,首先得到了8个煤样的绝热氧化实验数据,据此计算出煤的绝热氧化阶段升温速率;然后运用热动力参数计算方法,定义并获取了各煤样的自燃临界点Tr0.05 和TΔmax ;最后应用Levenberg-Marquardt法计算拟合得出了煤元素含量、挥发分与绝热氧化阶段升温速率、Tr0.05 的关系。结果表明：N,S元素含量与Tr0.05 呈正相关,O,C,H元素含量与Tr0.05 呈负相关,而各元素与阶段升温速率关系恰好相反;上述规律也表明Tr0.05 越低,阶段升温速率越快,则煤越易自燃;煤的挥发分越大,煤的Tr0.05 越低,煤越易自燃。     

准南煤田乌东矿区主采煤层热动力学特性研究

采集新疆准南煤田乌东矿区主采煤层煤样,采用电镜扫描、X-射线衍射、原位红外光谱分析及热重分析等手段,对不同粒级的煤样及将0.15～0.18mm粒级的煤样在50～500℃范围内,以间隔50℃分别加热后进行实验测试。结果表明:煤样中孔隙与裂隙数量随煤样加热温度的升高而增多;不同粒径煤样的煤化度相差不大;经历不同加热温度的煤样,其煤化度随温度升高呈现波动变化(煤化度在450℃时最大,350℃时最小);煤样煤化程度越高,其芳香微晶结构越发育,煤越易自燃。随粒径减小,煤样的OH—官能团减少,CH—官能团增加;随经历的加热温度升高,煤样的OH—官能团、—CH2—CH3官能团减少,CH—官能团增加;不同含氧官能团随煤样经历的加热温度升高呈先增加后减少的趋势。实验煤样的特征温度随煤样粒径减小总体呈降低趋势;随煤样经历的加热温度升高,特征温度T1、T2无明显变化,T3、T4增大,T5则减小;实验煤样反应活化能随粒径减小总体呈现减小趋势;随经历的加热温度升高,实验煤样反应活化能则呈波动变化。     

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。     

煤炭自燃过程中耗氧速率与温度耦合研究

通过对采集煤样进行热解试验,用气相色谱仪测定了试验煤样在不同热解温度下氧气的含量,分析了氧气随温度变化规律,得出耗氧速率与温度的数量关系,用于判定煤炭自燃的阶段,为科学控制煤炭自燃、防止煤炭自燃的发生提供决策依据.     

采用快速氧化实验研究大同煤的自燃特性

采用辅助热源外加热实验装置,得到了煤样快速氧化的温升速率、耗氧速率、一氧化碳以及二氧化碳气体生成速率;根据实测的自燃过程特性参数,将煤低温氧化过程分为潜伏期阶段和自热期阶段.潜伏期阶段氧气消耗量较少,自热期阶段会生成大量的一氧化碳和二氧化碳气体.在低温氧化过程的2个阶段,分别确定出煤氧化的耗氧速率计算表达式,得到了煤低温氧化过程的动力学参数活化能和指前因子.     

神东矿区石圪台矿2-2#煤自燃特征温度与指标气体实验研究

通过对神东矿区石圪台矿2-2#煤热重分析和程序升温氧化实验,得出了2-2#煤自燃过程中的特征温度以及升温氧化过程中CO、CO2、CH4、C2 H4、C2 H6和C2 H2等气体浓度随温度变化的规律,为石圪台矿2-2#煤自燃的早期预测预报提供了科学依据.