不同变质程度煤燃烧特性参数试验研究

为获得不同煤种火区瓦斯爆炸数值模拟基础参数,用热重试验方法确定不同变质程度煤燃烧阶段温度范围,通过管式炉程序升温和气相色谱仪分析气体成分,得到了煤燃烧耗氧速率、气体生成速率和放热强度与温度之间的关系。结果表明:褐煤、气煤、焦煤、贫煤燃烧阶段温度分别为247~433℃,279~542℃,313~574℃,365~594℃;随着温度升高,耗氧速率、CO,CO_2生成速率、放热强度与温度之间均符合高斯(Gauss Amp)曲线模型;随着变质程度增加,耗氧速率与CO生成速率升高,CO_2生成速率与放热强度降低;耗氧速率与放热强度呈线性增加关系,煤的变质程度越高,变化趋势越平缓。     

煤自燃灾害气体指标的阶段特征试验研究

为分析煤自燃早期气体指标变化特征规律,更好地解决煤矿现场灭火救灾决策问题,通过煤自燃程序升温试验,首先得到煤样气氛中O2,CO,CO2,CH4,C2H4和C2H6气体的体积分数随温度的变化规律。根据煤体温度,将煤自燃前期划分为5个阶段(潜伏、储热、蒸发、活跃和乏氧)。分析3种不同变质程度的煤样的气体指标在各阶段的变化特征。建立煤自燃气体指标与特征温度阶段区间的对应关系。结果表明:在自燃潜伏阶段,煤的变质程度越低,早期越易产生CO,越难产生CH4;在储热阶段,煤的变质程度越低,早期越易且越快产生C2H6;在蒸发阶段,煤内外在水分脱附,低变质煤的C2H4也随之产生;在活跃阶段,各种气体体积分数均有剧烈增高的趋势,较高变质煤的C2H4也随之产生;在乏氧阶段,O2体积分数低于15%,与O2体积分数相关指标(CO/ΔO2,CO/CO2等)趋势有所改变。     

煤自燃特性影响因素的试验研究

影响煤炭自燃的因素较多,重点从煤的粒径、供氧浓度及供风量3个方面进行分析探讨,选取变质程度为中等的焦煤煤样为试验对象,利用矿井煤炭自燃测试装置,分别改变粒径、氧气体积分数和风量,研究其对煤炭自燃过程的影响,得出参数改变后煤炭与氧气反应生成气体的变化规律,并进一步分析气体变化的原因,从而有针对性地提出安全对策及措施。结果表明:当粒径大小为0.18~0.38 mm时,煤与氧气反应所生成的CO、CO_2的体积分数最大;当氧气的体积分数为8.20%时,所生成的CO、CO_2的体积分数明显比氧气体积分数为11.80%的小;而空气流量为100 m L/min时,气体产物的生成量最大。     

褐煤燃烧阶段碳氧化物生成规律研究

为研究褐煤燃烧阶段碳氧化物生成规律,以平庄瑞安褐煤为例,用自制程序升温系统完成褐煤燃烧实验,得到煤样燃烧阶段不同温度下煤样下游混合气体中的CO,CO2及O2体积分数,计算耗氧速率,CO与CO2生成速率以及格雷哈姆系数的3种形式R1,R2和R3的值。研究结果表明:温度为250~399℃时,耗氧量、CO2体积分数、耗氧速率、CO2生成速率和R1值均随着温度的升高而增大;CO体积分数、CO生成速率和R2值在250~348℃时随温度的升高而增大,到348℃时开始下降;R3值与温度之间呈指数关系递减;整个燃烧阶段,R1值和R3值变化显著,R2值变化不大,说明格雷哈姆系数可作为预测褐煤燃烧状态的指标。     

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。     

常压下煤对N2/CO2/CH4单组分气体吸附特性研究

为了研究常压不同条件下煤样对N2/CO2/CH4单组分气体的吸附特性,以Langumir单分子层吸附模型为依据,对其吸附阶段进行划分,选择长焰煤、气肥煤和无烟煤分别进行了单组分气体吸附试验,探讨不同试验条件对煤吸附量的影响。结果表明:在常压阶段,煤对单组分气体的吸附规律服从Langumir单分子层吸附模型的第一阶段,吸附量与压力正相关;煤的变质程度、吸附温度及压力和吸附气体的种类是影响吸附量的主要因素,并在不同情况下对煤吸附量的影响程度不同;高低变质煤样对吸附量的影响大,而中等变质程度的影响小;温度是低压阶段影响吸附量的主要因素;吸附气体种类对吸附量的影响是由于其自身物化性质差异,相同试验条件下煤对3种单组分气体的吸附量从大到小为CO2、CH4、N2。     

不同变质程度煤自燃特性及低温氧化动力学分析

为了研究不同变质程度煤在低温氧化自燃过程中的特性,以及煤样变质程度对煤自燃过程的影响,利用程序升温试验系统研究了不同变质程度煤在低温氧化阶段气体与特征温度变化规律。通过计算其耗氧速率、放热强度,分析了耗氧速率、放热强度与温度之间的对应关系。同时分析了煤样变质程度对CO、CO₂气体及耗氧速率、放热强度的影响规律。根据程序升温的试验条件和阿伦尼乌斯公式建立了CO与温度的计算模型,分析了该方程的线性回归直线斜率,计算了不同变质程度煤低温氧化活化能,分析并印证了煤样变质程度与活化能之间的关系。根据不同煤质工业分析指标试验结果,进一步阐述了各煤种主要煤质工业分析指标的差别,分析了主要指标与煤程序升温试验自燃氧化参数的相关性,同时分析了主要工业分析指标对各特征参数的影响。结果表明:煤在低温氧化自燃过程所产出的CO和CO₂气体释放量、耗氧速率及放热强度均随温度升高而呈指数级增长;随煤样变质程度增加,CO和CO₂气体、耗氧速率、放热强度变化较小;煤的变质程度越高,特征温度和活化能越大;煤样自燃的可能性越小,危险性越小;结合煤样工业分析与活化能发现,水分、灰分、挥发分含量与活化能呈负相关。     

无机包覆聚苯乙烯泡沫板烟气产生规律研究

聚苯乙烯泡沫板在建筑节能中具有重要应用,其阻燃防火性能影响建筑火灾安全。应用UL-94垂直燃烧性能测试方法研究无机包覆聚苯乙烯泡沫板在垂直状态下的燃烧情况,结果表明包覆后的聚苯乙烯试样的等级可达到V-1以上;应用烟密度仪和气体分析仪研究无机包覆聚苯乙烯泡沫板燃烧烟气产生规律,结果表明MgSO_4/MgO、α-石膏、无机黏结剂、无机粘结剂/膨润土均对聚苯乙烯泡沫起到阻燃效果,并对烟气产生抑制作用,抑烟能力由大到小为MgSO_4/MgO,α-石膏、无机黏结剂/膨润土、无机黏结剂。同时能不同程度地影响聚苯乙烯泡沫燃烧时产生CO_2、CO有毒有害气体的体积分数,其中CO_2的最大体积分数分别为2.09%、1.79%、1.52%、1.62%;CO的最大体积分数分别为434×10~(-6)、340×10~(-6)、358×10~(-6)、369×10~(-6),从数据分析可知,4种无机包覆聚苯板中,无机黏结剂在4种包覆剂中对CO_2生成的影响效果更佳,α-石膏在4种包覆剂中对CO生成的影响效果更佳。     

受限升温煤体空间气体变化规律试验研究

为探讨升温煤体受限空间气体的变化规律,设计加工升温煤体引爆瓦斯试验平台,针对不同初始CH4体积分数开展受限空间煤体升温试验。利用Matlab计算试验数据,绘制O2,N2,CO,CH4,C2H4,C2H2的体积分数变化规律曲线。基于可燃性气体爆炸极限理论和计算公式,计算可燃性气体体积分数与混合气的爆炸上下限值,并绘制其关系图。结果显示,当温度为190~400℃时,受限空间气体将失去爆炸性。分析现场煤自燃引爆瓦斯的条件和形式,提出防治煤自燃引爆瓦斯的重点是防止煤柱、断层和高冒煤自燃升温到更高温度,尤其是要防止该区域提前氧化升温,同时要保持工作面风流稳定。     

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。     

煤的低温氧化及指标气体实验研究

本文主要利用自制研发的煤自燃特性测试系统,通过程序升温加热的方法,分析了桃园煤矿10煤和8煤在不同温度环境下氧化的气体组分及其浓度分布,以此来分析煤在低温条件下的氧化规律,并综合分析判定煤自然发火标志气体。实验结果表明,随着煤温的升高,煤的氧化速度越来越快,煤氧化速度的拐点温度为100℃~120℃;10煤出现C_2H_4和C_2H_6的温度均在80℃~100℃,而8煤在35℃~40℃下就有C_2H_6生成,但出现C_2H_4的温度高达150℃;10煤以CO为主标志气体,以C_2H_4、C_2H_6、C_3H_8作为辅助指标气体;8煤以CO、C_2H_6为主标志气体,以C_2H_4、C_3H_8作为辅助指标气体。     

褐煤燃烧阶段烃生成规律研究

为研究煤矿火灾时期烃生成规律,对褐煤进行热重分析和管式炉程序升温实验,得到不同温度下CH_4,C_2H_6,C_3H_8,C_2H_4,C_2H_2及O_2的体积分数。结果表明:褐煤燃烧阶段温度为247~433℃;CH_4体积分数在348℃达到最大值,耗氧量及C_2H_6,C_3H_8,C_2H_4,C_2H_2体积分数在399℃达到最大值;CH_4,C_2H_4,C_3H_8体积分数及耗氧量与温度呈近线性关系;C_2H_6,C_2H_2体积分数与温度呈指数关系;随着温度升高,(C_2H_6+C_3H_8)/(CH_4+C_2H_6+C_3H_8)比值升高,CH_4/(CH_4+C_2H_6+C_3H_8)比值、CH_4/(C_2H_6+C_3H_8)比值均降低,C_2H_6/CH_4,C_2H_2/CH_4和C_3H_8/C_2H_6比值与温度呈指数关系变化,可以作为预测火区燃烧状态判定指标。     

立体抽采条件下高瓦斯采空区煤自燃危险性预测

为准确预测高瓦斯采空区煤自燃的状况,通过分析发现高抽巷是监测采空区遗煤自然发火的最有效地点。推算出采空区气体在高抽巷中所占的体积分数,进而确定采空区遗煤不同的燃烧阶段所对应的CO体积分数和CO指数。结果表明:当高抽巷中的CO体积分数Chdr CO<30×10-6或CO指数ICO<0.5%时,采空区的遗煤处于低温氧化阶段;当高抽巷中的CO体积分数Chdr CO≥30×10-6或CO指数ICO≥0.5%时,采空区遗煤进入自然发火危险阶段,此时必须采取措施控制采空区自燃氧化的进一步发展。对80501工作面的采空区煤自燃成功地进行预测预报,实现了安全生产。     

TG-DSC联用研究瓦斯气氛对煤自燃热特性的影响

为表征瓦斯气氛下煤自燃热特性,运用热重分析法和差示扫描量热法(TG-DSC)联用试验研究不同瓦斯体积分数下煤自燃过程;分析瓦斯影响下的煤自燃特征温度点、失重量、放热量参数的变化特征,获得瓦斯气氛下煤增重阶段与燃烧阶段动力学参数。结果表明:随着瓦斯体积分数的增高,失重量降低,放热量减小,煤氧复合速率放缓;煤自燃过程分为蒸发脱附、增重和燃烧3个阶段;在煤增重阶段,活化能、活化因子随瓦斯体积分数的增加而增加,整体变化不大;在煤燃烧阶段,活化能、活化因子随瓦斯体积分数的增加而减小。     

煤自燃预测气体及活化能变化研究

为了研究煤在低温阶段的自燃活化能及气体产生规律,基于耗氧量与煤温间的计算模型,利用煤氧化动力学测试系统,分析了3种不同自燃性煤的低温氧化表征。结果表明:1)随着煤自燃倾向性增强,煤的耗氧量和耗氧速率逐渐增大,且其耗氧速率急剧增大的拐点温度逐渐升高;2)不同自燃性煤活化能变化规律存在显著差异,利用阶段耗氧量拐点计算出铜川和大同煤样温度分别为203℃、228℃时,活化能快速减小,开始进入自发氧化阶段;晋城煤样活化能经历先减小后增大的过程,其中过渡温度段91~135℃时,活化能最小;同时拟合出活化能(E)与指前因子(A)关系式满足动力补偿效应,验证了机理函数的合理性;3)依据复合气体CO_2/CO、CH_4/C_2H_6、C_2H_4/C_2H_6、C_3H_8/C_2H_6随温度的变化趋势,结合煤低温氧化特性,可预测煤样的氧化进程和煤体温度。     

N2和CO2抑制煤燃烧火焰特性对比试验研究

为了研究N_2和CO_2气体灭火剂在抑制煤明火燃烧特性方面的不同,通过搭建受限空间煤明火燃烧试验,分别开展了11.97%、16.81%、20.76%的N_2和10.79%、14.89%、20.32%的CO_2作用下煤明火燃烧抑制试验。鉴于火焰表面积变化与热释放速率变化呈正相关,基于火焰图像分析法开展试验研究。试验过程中,首先,通过数码摄像仪记录不同体积分数惰性气体作用下煤燃烧火焰面积的变化,然后利用Matlab软件进行火焰图像特征提取和"对比度增强"预处理,消除图像记录过程中存在的噪声,以便于有效进行火焰目标识别;其次,基于"阈值法"原理,利用Image-Pro Plus软件对预处理过的火焰目标进行识别和计算,进而实时获得试验过程中火焰表面积;最后,使用小波变换理论对火焰表面积变化曲线进行消噪处理,以获得火焰表面积变化趋势及主要波动信息。结果表明,CO_2比N_2具有更好的熄灭煤明火燃烧的能力,CO_2作用下煤火火焰表面积呈现指数下降,而N_2作用下呈现直线下降,且CO_2的灭火时间比N_2缩短了25%以上。该试验结果明确了N_2和CO_2在熄灭煤明火特性上的不同,弥补了CO_2仅比N_2具有更好的抑爆特性的认识。     

煤低温恒温氧化过程反应特性的试验研究

为进一步揭示煤低温氧化机理、指导煤矿安全开采过程中的煤自燃火灾防治工作,根据CO,CO2是煤低温氧化的主要气体产物这一反应特性,同时CO是判断煤自燃程度的重要指标性气体这一工程实际,采用恒温试验方法研究某烟煤在30℃,50℃和70℃解吸附和解吸附后再氧化过程中的CO,CO2气体产物的产生特性。研究结果表明,新鲜煤中就存大量活泼的络合物,并且这种络合物在高于常温的情况下就可以自身发生分解,产生的主要气体产物为CO2,在较高的温度下,CO的生成量才逐渐增加;在煤的低温氧化阶段,煤与氧气发生的化学反应并不强烈,气体产物CO和CO2主要由络合物分解产生。因此,在煤自燃火灾防治时要及时控制煤在低温情况下,由于络合物分解放热而使煤温逐渐升高从而导致自燃发生。     

乐平树皮煤升温氧化过程中气体解析规律研究

为了防止煤炭自燃.深入了解煤在升温氧化过程中气体的解析规律,利用煤升温氧化系统对乐平树皮煤进行了升温氧化实验研究.结果表明,树皮煤在升温氧化过程中,不同气体的初析温度tm和解析速率各不相同,CO、CO2,CH4、C2H6、C2H4、C3H8、C3H6、i-C4H10和n-C4H10 9种C1～C4气体的tm依次为70℃、20℃、20℃、20℃、100℃、20℃、130℃、100℃和70℃.20～210℃为煤的缓慢氧化阶段,从树皮煤中依次缓慢解析出吸附态的气体CO2、CH4、C2H6、C3H8和CO等;210～290℃为煤的快速氧化阶段,从煤中解析出较大量的9种C1～C4气体产物,气体的浓度以指数速率增加;290～400℃为煤的急速氧化阶段,9种C1～C4气体的浓度以直线关系急剧增加.不同类型的煤在不同的氧化阶段具有不同的氧化特征,可选择不同的气体作为预测煤自燃特性的标志气体.     

煤氧化放热特征及影响因素的关联分析

为研究煤在低温氧化过程中的放热特征，确定影响煤氧化放热强度的主要因素，以4种不同煤化程度煤样为研究对象，采用封闭式煤氧化试验方法，结合键能平衡法计算煤在25～70℃、氧气体积分数0～21%范围内的氧化放热强度，获得煤氧化过程中氧氧气体积分数、温度和氧化放热强度三者间的关系表达式；运用灰色关联法分析挥发分、水分、含硫量、灰分、氧气体积分数和温度与煤氧化放热强度的关联度。结果表明，煤耗氧速度、CO释放速率和CO₂释放速率随温度升高呈指数增长趋势。通过比较挥发分、水分、含硫量、灰分、氧气体积分数和温度与煤氧化放热强度的关联度可知，影响不同煤化程度煤样氧化放热强度的主要因素是煤自身的挥发分质量分数，而外部因素中的温度对同一煤样氧化放热强度的影响要强于氧气体积分数。     

模拟煤层钻进过程中钻孔稳定性试验研究

钻孔钻进过程的实验室模拟及失稳现象捕捉,是钻孔失稳破坏机制研究的关键环节。通过构建模拟煤层钻进过程中钻孔失稳监测系统及方法,探讨了轴压、吸附平衡压力、气体种类及煤的变质程度对钻孔稳定性的影响规律,得出不同试验条件下的孔周煤体应力变化及孔壁、孔底破坏特征。研究结果表明:随轴压及吸附平衡压力的增大,孔周煤体峰值应力最大值逐渐增大,孔壁变形及孔底破坏趋于严重,甚至发生喷孔;与N2相比,当煤样吸附CO2时,孔周煤体峰值应力最大值较大,孔壁变形及孔底破坏也较为严重;随煤的变质程度的加大,孔周煤体峰值应力最大值及卸压范围呈先增大后减小的趋势,试验所用焦煤应力集中现象及孔壁、孔底破坏程度最为严重。