煤炭自燃倾向性试验研究及指标气体优选

通过对新鲜煤样和氧化煤样的热解实验,研究萍乡矿业集团某煤矿煤自燃发火特性,测定实验煤样在不同热解温度下O2,N2,CO,CO2等及其他碳氢化合物的浓度,具体分析了O2,CO,CO2,CH4,C3H6浓度随温度变化特性。在实验和研究的基础上,结合指标气体选择的一般原则,讨论了用于萍乡矿业集团某煤矿预测、预报煤炭自燃发火的指标气体,对提高煤炭早期自燃预测、预报的准确度和防止矿井火灾有重要指导意义。     

中国煤矿安全技术进展

本文综述了我国在防治矿井瓦斯,矿井火灾和煤矿粉尘三个方面的技术概况。反映了为适应煤炭生产技术的发展,我国在这三方面的技术进展及所取得的效果。矿井瓦斯防治技术方面,主要介绍了矿井瓦斯涌出量的确定,瓦斯抽放工艺及装备,煤与瓦斯突出预测预报和综合防止煤与瓦斯突出技术的情况及成果。矿井火灾防治技术方面,着重介绍了矿井火灾预测预报技术,尤其是煤炭自燃发火早期预测预报技术以及煤矿自然发火防治技术中在灌浆代用材料,惰气防灭火等方面的发展及现状。煤矿粉尘防治技术方面,扼要介绍控制粉尘危险的基本途径,以防尘为中心包括降尘、除尘和防止煤尘爆炸及爆炸传播技术的一整套治理煤矿粉尘的工艺及装备,简要介绍了瓦斯煤尘爆炸的实验能力。通过本文的介绍,可以对我国在防治煤矿安全生产中主要自然灾害的技术对策和取得的成果有一个较全面的了解。     

煤自然发火预测预报技术的现状与展望

煤自然发火预测预报是对煤层火灾参数指标进行超前判识及预警的根本技术手段。笔者通过概述国内外近年来有关煤自然发火预测预报技术的主要研究成果 ,并结合其现状分析和新技术介绍 ,进一步对煤自然发火预测预报技术的发展趋势作出了展望 ,对煤矿的安全生产和火灾预测预报技术的发展具有重要的指导意义     

煤炭自然发火预报指标气体研究

利用指标气体预报煤炭自燃是预防和控制煤炭自燃火灾的重要方法,不同煤样自然发火的指标气体及临界值可能不同,在实际预报中,应根据矿井实际情况选择正确的指标气体及其临界值.通过自燃特性试验,研究了高头窑煤矿2-3煤层煤炭自燃过程中的标志性气体,分析了各气体产生量随煤样温度变化的曲线.确定该矿的主要指标气体为CO、C2H4及稀烷比.当CO含量持续存在并不断增加则认为煤炭已自燃,C2H4含量达到0.5ppm意味着煤体的温度可能已经达到145℃.该结果对该矿煤炭自燃火灾的预防和控制工作具有重要意义.     

阜生矿15~#煤层自燃特性实验研究及应用

针对阜生矿15#煤层容易自燃的特点进行程序升温实验研究,测试研究了不同温度下CO、CO2、CH4、C2H4、C2H2等自燃发火标志性气体的浓度和热解温度,遴选出自燃发火标志性气体,并利用标志性气体的浓度指标对矿井的自燃灾害进行预测预报,为阜生矿早期自燃预测预报和矿井火灾防治提供有针对性的预防措施。     

国家自然科学基金项目“基于同位素指纹图谱溯源技术的矿井CO异常来源解析研究”(51974128)的研究进展

<正>1研究背景及意义煤自燃火灾是矿井生产过程中的重大灾害之一,不仅造成煤炭资源浪费,还会引起瓦斯煤尘爆炸,严重威胁着矿井的安全生产。目前,煤自然发火预测预报主要采用气体分析法,CO指标气体具有很强的规律性、敏感性和易检测性,已被广泛用于煤自然发火早期预测预报。     

硫化矿石堆自燃预测预报技术

笔者在参考大量有关煤炭自燃理论研究成果的基础上,结合国内外关于硫化矿石氧化自燃的研究现状,对硫化矿石堆自燃的预测预报技术进行系统分析。概述硫化矿石氧化自热的机理;详细介绍硫化矿石的自燃倾向性测试、综合因素评价、统计经验法等预测方法;找出煤炭与硫化矿石堆自燃过程的共性,提出了数学模型模拟预测方法;阐述了标志气体分析和测温两种预报方法。展望硫化矿石堆自燃预测预报技术对硫化矿山的安全生产具有重要的指导意义。     

采区煤层煤炭自燃发火危险模糊评价方法的研究

采区煤层煤炭自燃发火危险程度综合评价预测的目的是揭示煤炭自燃的规律,以采取相应的技术决策,控制煤炭自燃,减少损失,实现安全生产。 煤层自燃灾害的预测与防治技术的研究涉及到大量的信息处理问题,及信息处理所必须的数学分析与计算。然而,人们却很难找到一种有效的数学方法来处理这些系统的     

煤矿井下隐蔽火源反演研究

煤矿井下由于煤炭自燃引发的火灾是煤矿生产过程中一大突出灾害,一旦发生火灾将严重影响煤矿的正常生产,这不仅威胁着井下人员的生命安全,还会给国家带来巨大的经济损失。由于矿井下隐蔽火源是引发火灾的重大因素之一,所以要更好的解决煤炭自燃而引发火灾的问题,重中之重就是对煤炭自燃隐蔽火源位置的确定。只有准确的确定了火源的位置,才能有的放矢地进行灭火。本文结合煤矿井下煤炭自燃发火的特点,建立数学模型,把煤矿井下隐蔽火源位置确定问题归纳为热传导方程的寻源反问题,利用离散正则化方法求解热传导方程,克服了反演问题的不适定性,并应用matlab进行了反演数值模拟,验证了利用离散正则化反演方法的实用性,为防火、灭火采取措施提供了依据,在理论上也具有一定的研究与应用价值。     

煤层自然发火指标气体分析

通过对煤样进行热解实验,研究了神华金烽公司唐公沟矿煤层自然发火特性,测定了煤样在不同热解温度下CO、CO2、CH4、C2H4、C2H6和C3H8等气体的浓度,确定了这些气体的检出温度。在实验研究的基础上,结合指标气体优选原则,分析了自然发火指标气体随温度变化的规律性,选出了适合本矿煤层自然发火预测预报的指标气体,对提高煤炭自燃早期预测预报的准确度和矿井防火有重要指导意义。     

Research and application of comprehensive electromagnetic detection technique in spontaneous combustion area of coalfields

Perplexed by severe disasters, spontaneous combustion areas of coalfields in China not only lose a large number of precious coal resources but damage the ecological environment badly. The premise of effective control against the disasters is investigations on the source position and scope of spontaneous combustion areas at coalfields so as to provide scientific basis for fire extinguishment design and construction of coalfields. Working principles, construction methods and detection effects of high resolution earth resistivity method, transient electromagnetic method (small loop-center probe device) applied in the detection of combustion areas at coalfields have been introduced. The application shows that the above mentioned methods can detect the accurate position of underground combustion areas, are effective ones in detecting the combustion center, combusted area and distribution scope of combustion areas at coalfields, and have broad application prospects.     

采空区进风侧煤柱着火进行灭火时防止瓦斯爆炸的对策

以孔庄煤矿Ⅲ2水采区7337回风联络巷自然发火情况及处理经过为例,笔者介绍了在采空区瓦斯浓度较高情况下,采空区进风煤柱着火的火势发展情况与着火特点。分析灭火过程发生瓦斯爆炸的可能性;提出了在安全前提下灭火步骤、灭火措施和注意事项;总结了灭火工作中成功的经验与失败的教训,即在扑灭井下火灾过程中,必须做到:遵循“安全第一”的方针,制定科学、具体的灭火方案和正确、有效的灭火措施,要时刻加强火区气体成分检测,得出了防止瓦斯爆炸等一系列具有指导性的原则和行之有效的措施。     

基于试验与数值模拟的采空区氧化带漏风量的反演计算

以六家矿WⅡN16-7综放工作面为试验地点,研究采空区氧化带漏风情况。根据采空区自燃"三带"划分标准和防火注氮技术原理,通过现场实测、数值模拟、实验室试验确定注氮防火基本参数。首先,利用热重试验方法确定采空区惰化防火指标。根据惰化防火指标,通过现场实测和数值模拟的方法分别确定采空区在注氮和不注氮情况下自燃"三带"分布。然后,根据自燃"三带"分布范围,构建氧含量分布数学模型,计算出采空区氧化带混合气体中氧含量的平均值。最后,基于以上参数,通过反演计算得到采空区氧化带漏风量。计算结果表明,采空区氧化带内漏风量为15.12 m3/min,约占总供风量的2.1%。     

采空区亚自燃状态及其向自燃转化研究

针对高危自燃采空区遗留煤发生自燃问题,提出采空区亚自燃状态的概念.开采推进过程中的采空区自燃,都可理解为是从亚自燃状态向自燃状态转化的结果,且其转化过程时间很短,小于最短自然发火期.在不同条件下的自燃过程满足叠加组合原理,采空区亚自燃状态向自燃转化过程是两种以上过程的叠加.转化受亚自燃状态程度(稳定温度)、工作面推进度、漏风供氧、煤堆积状态及防灭火措施(注氮)等因素影响.亚自燃状态理论能够解释生产实践中一旦某一不利因素出现,能在短时间内导致自燃发生的现象(自燃突发性).亚自燃状态概念的提出,将有助于从理论上正确认识实际采空区自燃状态的演变过程,实现早期预防采空区自燃的发生.     

采空区隐蔽火源探测及声学法煤温感知新技术探讨*

为精准判定采空区等地下隐蔽火区高温点的位置和范围,综述现有采空区煤自燃温度探测技术,重点总结和分析红外探测法、分布式光纤测温法、指标气体探测法、热电偶测温技术以及同位素测氡法等煤层测温手段的研究进展与技术瓶颈,着重研究声学法测温的技术原理及实现方式;结合分层建模和插值建模的优点,探讨声学测温技术在采空区松散煤体煤温反演探测应用中的可行性。结果表明:受限于煤层赋存及开采方式等煤矿现场的实际情况,准确反演和精确定位采空区等隐蔽火源高温点和位置的探测方法和装备技术有待进一步发展;声学法探测松散煤体自燃温度的基本原理、传播衰减规律、温度场重构模型及其关键特征参量需进一步准确获取;综合考量声学测温技术原理和实现过程,该技术适用于采空区松散煤体自燃火区的环境特征,有望成为采空区隐蔽火源位置精准探测发展前景良好的探测方法。     

不同自燃倾向性煤的指标气体产生规律实验研究

为研究不同自燃倾向性煤的自燃指标气体变化规律,提高对煤早期自燃预测预报的准确度,采用程序升温实验系统,得到内蒙古褐煤、神东长焰煤、河南气煤及枣庄焦煤4种不同变质程度煤的氧化时间随温度的变化关系,以及指标气体浓度在煤氧化过程中的变化规律。结果表明:自燃倾向性最高的褐煤应以CO和乙烯作为煤自燃早期预报的首选指标气体;易自燃的长焰煤应采用乙烯和烯烷比为主、以CO为辅的煤自燃判定指标;自燃倾向性较低的气煤应以乙烯和烯烷比作为煤自燃预报指标;CO是自燃倾向性最低的焦煤的最佳自燃预报指标气体。     

Evaluation of the spontaneous combustion characteristics of coal of different metamorphic degrees based on a temperature-programmed oil bath experimental system

Research on the micro- and macrocharacteristics of different metamorphic degrees of coal helps improve the control and protection techniques used during spontaneous combustion. Nine coals with different properties were thoroughly investigated in this study. Fourier transform infrared spectroscopy and a self-designed temperature-programmed oil bath experimental system were adopted to analyze the molecular structure and macrocharacteristic parameters of the spontaneous combustion of coal. Additionally, the influence of particle size on spontaneous combustion was considered. Various functional groups were employed as microcharacteristic parameters to capture the principal active groups in oxidation. The gas production rate, oxygen consumption rate, gas concentration, heat energy release rate, and characteristic temperatures were evaluated as macrocharacteristic parameters to investigate the changes in coal during oxidation. The results establish that the microcharacteristics of coal molecules determine the degree of spontaneous combustion based on intrinsic properties and that changes in the macrocharacteristics of the spontaneous combustion of coal reflect the microstructural changes. The contents of the hydroxyl groups, carbonyl groups, alkyl ether and aryl ether in the coal molecules gradually decrease with the metamorphic increase. Oxygen-containing functional groups have higher reactivities and easily react with oxygen, causing the macroparameters, such as the oxygen consumption rate, the gas generation rate and the heat energy release rate, to consistently decrease with the increase of the metamorphic degree. Small-particle-size coal molecules have more active aliphatic hydrocarbons, oxygen-containing functional groups and a larger specific surface area, increasing the chances of adsorbing the oxygen of active groups and promoting the reaction between coal and oxygen. The experimental results indicate that coal samples with higher metamorphic degrees or larger sizes exhibit lower tendencies toward spontaneous combustion. Evaluation of the spontaneous combustion of coal based on a temperature-programmed oil bath experimental system is of great practical importance for preventing the spontaneous combustion of coal during storage, processing and utilization and can serve as a convenient reference for production safety in mining applications.     

煤吸附流态氧特性的测定及其自燃原因分析

用ZRJ-1型煤自燃测定仪对实验煤样的吸氧量作以测定,并按相关规程划分煤的自燃倾向性等级;同时纵向比较平顶山煤业集团公司十矿戊9-10煤层煤样的吸氧量,横向比较不同矿区煤层煤样的吸氧量,然后分析其吸氧量之间差异.考虑到煤自燃是一个极其复杂的物理、化学过程,因此在评价煤的自燃倾向性等级后,再结合所选煤样分析其自燃的原因.分析表明:无烟煤的吸氧量大于烟煤的吸氧量;煤吸附流态氧的量与挥发分有关,无烟煤中活性物质的存在对煤的自燃性有很大影响.     

集对分析在煤炭自然发火危险性评价上的应用

为了解煤炭自然发火危险性程度,及时对采空区在发火前采取相关措施,对其进行发火危险性评价显得尤为重要。提出了基于集对分析的煤炭自然发火危险性评价方法,以集对分析理论为基础,将煤炭自然发火看成一个确定不确定系统,建立了煤炭自然发火评价模型。以梁家煤矿4110采空区为例,将计算结果与基于熵权未知理论的评价结果作比较,得出的结论一致。表明了集对分析运用在煤炭自然发火危险性评价上是可行的,可为矿井生产和其他系统的分析评价提供参考     

极限平衡区顶煤自燃三维非均质动态数值模拟

为探究极限平衡区内顶煤自燃规律,利用Fluent软件对顶煤自燃进行数值模拟研究。通过对顶煤移动变形及自燃特点的分析,确定顶煤自燃过程的模拟为三维非均质动态模拟,并建立数学模型,给出相关参数及边界条件的确定方法。以恒大矿某工作面为例,对其顶煤的自燃过程进行数值模拟,并分析工作面风量及煤体耗氧速度与自然发火期之间的关系。结果表明:对计算区域进行模拟所得到的速度场、氧浓度场及温度场与现场观测结果及理论结果比较吻合;工作面风量对煤体自然发火期影响较小,而对高温区域中心点位置影响较大;煤体耗氧速率与自然发火期近似成负指数函数关系。