氧化煤自燃特性实验研究

为解决大柳塔煤矿活鸡兔井12下208综放工作面采空区存在大量氧化煤的遗煤自燃预测问题，对原煤及不同程度的氧化煤进行程序升温实验，分析研究低温氧化特性的变化规律，根据灰色理论对自燃标志气体进行优选。结果表明:原煤与氧化煤的临界温度与干裂温度相差不明显，分别在40~50 ℃与110~120 ℃之间；根据临界温度、干裂温度及其指数增长点将煤低温氧化过程分为缓慢自热（50~＜90 ℃）、加速自热（90~＜120 ℃）、热解裂变（120~＜160 ℃）和热解加速（160~＜200 ℃）4个阶段。在缓慢自热阶段以G2（0.01~＜0.039）和R1（0.001 5~＜0.007 7）为指标；在加速自热阶段以R1（0.007 7~＜0.019 5）和G3(0.000 9～＜0.003 7)为指标；在热解裂变阶段以烯烷比（0~＜0.484）和G3（0.003 7~＜0.037 4）为指标；在热解加速阶段以R1（0.046 8~＜0.072 6）和烯烷比（0.484~＜0.992）为指标气体。实验结果对采空区遗煤的自燃防治具有一定的指导作用。     

纳林河二号井3-1煤层指标气体优选试验

在煤自燃过程中,随氧化进程的不同会依次释放出不同的气体,这些气体的出现及释放量能反映煤氧化自燃的程度。为了准确预报纳林河二号井的自燃发火,利用程序升温试验装置和气相色谱仪研究了3-1煤的自燃氧化特性,以及自燃升温过程中产生氧化气体和碳氢类气体随温度的变化规律,分析了φ(C2H4)/φ(C2H6)、φ(C3H8)/φ(C2H6)等烯烷比和链烷比曲线。结果表明:纳林河二号井3-1煤的自燃临界温度约为60℃,干裂临界温度约为105℃;3-1煤在常温下就能产生CO,且产生量与温度呈指数关系;C2H4出现的温度为65℃,在温度高于120℃后气体产生量呈现单调递增趋势。结合指标气体优选一般原则,确定纳林河二号井3-1煤层自燃指标气体应以C2H4与CO为主,以C3H8、φ(C2H4)/φ(C3H8)为辅。     

煤自燃特性及自然发火预测预报指标体系研究

以梁宝寺矿3号煤层为背景,采用色谱吸氧法和氧化动力法对其自燃倾向性进行了对比分析。同时,通过煤氧化升温热解实验对其升温过程中各气体随温度的变化规律进行了分析,以实验所得和灰色关联分析所得定性和定量相结合的方式,优选出了不同温度阶段煤自然发火预测预报所对应的第一、第二和第三预测指标,建立了煤自然发火预测预报体系,为有效抑制该矿及同类矿井火灾的发生具有重要意义。     

不同自燃倾向性煤自燃氧化特性试验研究

为了研究不同自燃倾向性煤自燃特性变化规律,利用煤氧化动力学测定系统,测试了三种不同自燃性煤的氧化特征。结果表明:(1)单一气体生成量、耗氧量及耗氧速率均随着煤自燃性的增强而增大,且CO生成量和耗氧速率急剧上升的拐点温度与出现C_2H_4气体的温度相同。(2)CO、CO_2和C_2H_4产生率具有明显的阶段性,且前两种气体最大产生率所对应的温度相同;当不同自燃性煤的温度超过80℃时,两组指标CO/ΔO_2和CO/CO_2均迅速增大,表明其氧化反应加快。(3)在TG-DSC试验中,煤的氧化燃烧过程可分为5个阶段,对应于4种特征温度。其中过渡稳定阶段指煤的质量保持稳定,是失重到增重的过渡态,且不同自燃性煤每个阶段持续时间及阶段性特征温度存在显著差异。     

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。     

氧气浓度和升温速率对煤自燃特性影响

为探究氧气浓度与升温速率对煤自燃特性的影响，利用TG/DSC-FTIR联用热分析技术测试3种不同变质程度的煤样在不同氧体积分数和不同升温速率下的放热特性，分析3种煤样在氧化过程中特征温度、热效应及标志性气体产生量等参数的变化规律。结果表明：氧体积分数一定时，升温速率越小，放热峰值、特征温度和指标气体释放峰值越向低温区偏移。在相同升温速率下，随着氧气体积分数的减小，煤氧化放热峰值温度降低；煤自燃指标气体峰值对应的温度逐渐向高温区域移动。煤变质程度增高，煤自燃特征温度呈增大趋势；放热量的峰值降低，对应的峰值温度增大；指标气体释放峰值温度增大，自燃危险性呈降低趋势。     

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.     

氯盐阻化剂对煤自燃极限参数影响的试验研究

阻化技术是防治煤自燃的常用技术之一,研究阻化剂对煤自燃极限参数的影响是确定阻化效果的关键.采用程序升温试验,分析气煤和长焰煤的原煤样和经MgCl2、KCl、CaCl2、NaCl 4种阻化剂处理后的煤样耗氧速率和放热强度,并计算自燃极限参数和阻化率.结果表明:氯盐阻化剂可降低煤自燃低温阶段的煤耗氧速率和放热强度;4种阻化剂中对气煤煤样的平均阻化率最高是MgCl2 (63.6％),对长焰煤则是CaCl2 (45.9％),平均阻化率与自燃极限参数变化率呈正相关;气煤经MgCl2处理后自燃极限参数变化率最大,长焰煤经CaCl2阻化处理后的自燃极限参数变化率最大,对于气煤4种阻化剂阻化能力由大到小为MgCl2 KCl、CaCl2、NaCl,对长焰煤则为CaCl2、MgCl2、KCl、NaCl;氯盐阻化剂中MgCl2对气煤自燃极限参数影响最大,阻化效果好,而对长焰煤则为CaCl2.     

基于分段拟合的煤自燃指标气体优选研究*

为更加精确地得出煤自燃的临界温度并找出煤自燃各个阶段最优的指标气体,以此提高煤层自燃预测预报的准确性,选取西北某矿2号煤和3号煤典型煤样开展程序升温-气相色谱实验,采用分段直线拟合的方法,得出煤自燃过程中的耗氧速率突变点温度和氧化产物生成量激增点温度,在此基础上采用灰色关联度分析法对煤干裂温度之后的指标气体进行优选。结果表明:2号煤和3号煤的自燃临界温度分别为73.0 ℃和72.1 ℃,干裂温度分别为112.6 ℃和109.8 ℃;CO适用于2种煤样全温度下的预测预报;φ(C2H4)/φ(C2H6)和C2H4是2号煤干裂温度之后较优的预测预报指标气体;φ(C2H4)/φ(C2H6),C2H4和C2H6是3号煤干裂温度之后较优的预测预报指标气体。     

白水煤矿程序升温条件下煤的自燃特性研究

从白水煤矿自燃发火煤层采取煤样,利用煤样程序升温自燃性测试实验装置,模拟煤自燃的整个发火过程。通过考察煤样的煤温变化、O2消耗量、CO产生量、CO2产生量及其他气体的变化规律,并确定煤的临界温度、气体产生率、最大放热强度及最小放热强度等极限参数,研究白水矿煤的自燃倾向性。因此,对该矿的安全生产、自燃火灾的预测以及防灭火具有积极的指导作用。     

基于Logistic回归分析的煤自燃多级预警方法研究*

为实现煤自燃过程的精细分级与自燃隐患的精确预警,保障井下煤自燃防治工作有效开展和煤炭资源安全开采。以甘肃王家山矿202工作面煤样为测试对象,采用煤自然发火试验与程序升温试验手段模拟煤体自然发火过程。测定煤自燃指标气体等特性参数数据,分析相关指标气体特征,将煤自燃过程划分为稳定、波动和剧烈反应3大区间。通过处理指标数据以比值、Logistic函数拟合的方式重构数据曲线（R2接近0.99）,结合“潜伏、氧化、自热、临界、热解、裂变、燃烧”7阶段精细划分理论与方法,确定煤自燃各反应阶段内的风险等级及指标阈值:预警初值（O2与CO关联数据点）;低风险阶段（φ(CO)/φ(O2),0.1~4）;较大风险阶段（C2H4>0.000 6%）;重大风险阶段（φ(C2H4)/φ(C2H6)>600）;灾变阶段（浓烟）,最终构建了7阶段煤自燃隐患预警体系。研究结果表明:该预警体系能够通过井下气样监测数据快速确定隐患区域内的风险等级,并结合指标Logistic拟合曲线推断隐患发展趋势,对现场煤自燃准确预警与精准防控具有重要的实际指导意义。     

易自燃厚煤层工作面自然发火CO预测及防治

为了有效预防遗煤自燃，深入研究自然发火初期的CO预测技术。基于回风隅角CO源的理论模型，以Gambit建立相似二维采场模型，数值模拟了采空区自燃“三带”范围，并采用现场束管监测手段对结果进行了验证。利用程序升温实验获得了不同温度段回风隅角CO的极限指标，并与现场实测值对比分析，进而预判采空区遗煤发火程度，为制定有针对性的防治措施提供理论指导。研究结果表明:CO作为低温氧化阶段预测指标对预防遗煤自燃具有重要作用。     

供风量对褐煤自燃极限参数的影响研究

为研究不同供风量对褐煤自燃特性的影响规律，选取平庄瑞安煤矿褐煤作为试验煤样，利用程序升温试验和气相色谱仪，研究低温氧化阶段不同供风量条件下褐煤自燃极限参数与温度、供风量之间的变化规律。结果表明:温度在40~120℃时，随着供风量增大，褐煤的最小浮煤厚度和下限氧浓度降低，上限漏风强度增加；温度在120~200℃，供风量为40~80 mL/min和160~200 mL/min时，随着供风量的增加，其最小浮煤厚度和下限氧浓度增加，上限漏风强度减少；供风量为80~160 mL/min时，在供风量增大的情况下，褐煤的最小浮煤厚度和下限氧浓度降低，上限漏风强度增加；随着供风量减小，煤样临界点温度降低。     

不同粒径易自燃煤常温氧化实验研究*

为探究易自燃煤在常温条件下的氧化特性,自行设计煤常温封闭氧化实验装置,采用实验研究与回归分析2种方法,分析易自燃煤发生氧化反应的气体变化过程,探究3种粒径煤样在20 ℃有限空间内的耗氧与产气特征。结果表明:易自燃煤样在16 d常温封闭氧化过程中,容器内O2体积浓度呈指数衰减、CO和CO2体积浓度呈指数增长的变化规律;在0.06~0.83 mm范围内,粒径越大,易自燃煤耗氧速率越大,CO和CO2产生速率则先增大后减小;介于中间的粒径为0.13~0.25 mm易自燃煤氧化反应最强烈,更容易发生氧化。研究结果对揭示生产环境温度下煤粒粒径对煤自燃的影响有一定的意义。     

水化煤饱和-风干过程的自燃特性实验研究

为了掌握水化煤饱和-风干过程中不同风干时间煤样的自燃特性,对水化煤样进行不同风干时间的实验煤样预处理,形成不同风干时间的水化煤样。通过煤样含水率测试、物理吸附实验和程序升温实验,对不同饱和-风干时间的水化煤样以及原煤样的吸氧量和CO,CO2,CH4,C2H4,C2H6,C3H8气体浓度随煤温的变化规律进行实验研究。研究结果表明:不同风干时间水化煤样随着煤温的逐渐升高,吸氧量呈先减小后增大趋势;不同风干时间的水化煤样的自燃标志性气体析出速率随煤温的升高均呈指数增大的变化趋势;在低温氧化阶段,水化煤样比原煤反应时间提前,且反应速率更快,这表明水化煤样比原煤样更加容易发生自燃,且风干时间为20 min的水化煤危险性更大。     

干燥条件下高硫煤低温氧化特性研究

为进一步揭示不同环境条件下高硫煤的低温氧化特性,选取含硫量较低、自燃倾向性较高的褐煤,向其添加不同比例的FeS2,配制成含量分别为3%,5%,7%的混合高硫煤样,利用中国矿业大学自行研制的煤氧化模拟试验系统,测试分析干燥混合煤样在低温氧化过程中,交叉温度和指标气体CO产生量体积的变化。试验结果表明,在低温干燥的条件下,随着FeS2含量的增加,煤样的氧化特性受到抑制:交叉点温度升高;指标气体CO产生量在相同温度时体积降低。因此,在高硫煤层自燃火灾防治过程中,应尽量控制煤层周围环境的干燥度。     

不同煤层煤氧化自燃性实验分析

为研究不同煤层煤自然发火特征的异同性及规律，以淮南矿区1号、3号、6号、13号煤层为研究对象，通过自然发火实验，对不同煤层煤的自然发火期周期、煤样70℃时放热强度和R70值进行分析。研究结果表明:4个不同煤层煤样自燃性由强到弱依次为:3煤>6煤>1煤>13煤；变质程度相近的4个煤层，3煤自然发火期最短，这与煤体中硫分和水分含量高有关；13煤变质程度较高，且前期放热强度、耗氧速率增长缓慢，其自燃性较弱；4个不同煤层煤的耗氧速率、CO，CO2产生率，以及C2H4/C2H6值随煤温升高具有相似的变化规律；煤中CH4气体大量解吸出现于煤温60℃之前，煤中灰分在80~120℃开始逐渐吸热融化，解析和融化均会抑制煤氧接触并且减小煤氧反应放热总量。