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。     

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。     

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。     

基于煤氧复合过程分析的自然发火期预测技术研究

国内外对煤炭自然发火期的几种定义和计算方法,重点介绍基于煤氧复合过程分析的自然发火期的定义,根据自然发火模型,提出了煤层自然发火期预测方法.该技术在兖州矿区东滩煤矿4308沿空轨顺等得到验证.得出的结论给煤自然发火期的定义、计算及煤自然发火的预测、防治提供了一个新思路.     

基于煤氧复合过程分析自然发火期预测技术研究

国内外对煤炭自然发火期的几种定义和计算方法,重点介绍基于煤氧复合过程分析的自然发火期的定义,根据自然发火模型,提出了煤层自然发火期预测方法。该技术在兖州矿区东滩煤矿４３０８沿空轨顺等得到验证。得出的结论给煤自然发火期的定义、计算及煤自然发火的预测、防治提供了一个新思路。     

复杂难采高瓦斯煤层简易放顶煤开采综合防灭火技术研究

笔者在分析淮南矿区复杂难采高瓦斯煤层简易放顶煤开采工作面自然发火时空特点基础上 ,提出建立一套预测、预报、预防和充分准备灭火的防灭火体系 ,并阐述了预测、预报、预防的实施方法。该方法应用于淮南矿区 ,成功地开采了数个简易放顶煤工作面 ,综合防灭火技术取得了较好经济和社会效益。     

赵家寨煤矿煤自然发火标志气体优选分级预警研究

为了有效实现赵家寨高地温煤矿二1煤层自燃预测预报,本论文采用程序升温实验,得到5组煤自然发火标志气体与温度关系,优选二1煤层自然发火标志气体,并根据现场实际情况,制定该矿的煤自燃分级预警表,提出对应防控措施。结果表明:CO气体出现时为缓慢氧化阶段,C_2H_4和C_2H_6气体出现时,进入快速氧化阶段,该煤层应该首选CO作为其煤自然发火主要标志气体,CO/CO_2作为其煤自然发火主要复合指标,并以C_2H_4和C_2H_6作为辅助指标,制定4级预警表,提出了各级煤炭自燃防控措施。研究成果对郑州矿区二1煤层Ⅲ类不易自然发火煤炭的自燃防控具有一定指导意义。     

双鸭山煤田井下自燃火灾规律及防治

根据双鸭山煤田开采史上11次重大的井下自燃火灾。探讨其发火地、发火时间、发火条件方面的规律。同时提出某些预防煤田自燃发火的对策——采后或采空区预防性注浆;对可能产生自燃火灾的采空区注砂或充填,加以封闭隔离;采用直观判断、指标判断等方法进行预测预报:注氮防灭火;喷涂阻化剂以延缓煤氧化;选择合理的开拓方式和回采方法:选择合理的通风系统和利于防火的通风方式;控制向采空区的漏风等。     

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。     

煤矿井下自燃火灾的图像识别及综合判据系统

煤矿自燃火灾的早期探测及预报是保证煤炭生产安全的有效手段。目前已有的各种预测预报技术,虽对煤炭自燃火灾的防治起到一定的作用,但对于不同煤质和不同地质赋存情况下的煤矿,单一探测方法的预测精度有限,在探测的准确性和有效性方面尚不能完全满足各种类型煤矿安全生产的需要。为了提高煤炭自燃灾害早期探测的可靠性,笔者提出一种以图像识别技术为基础的煤炭自燃发火探测方法,并进一步利用信息融合技术结合其他探测方法建立一套煤矿自燃发火综合判据系统,该系统有助于提高煤炭自燃预测的准确性,对煤矿的安全生产能发挥重要作用。     

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。     

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。     

煤炭自燃指标性气体确定的实验研究

矿井火灾是矿井五大灾害之一,煤炭自燃则是矿井火灾最主要的起因。为了了解煤炭氧化、自燃规律,本文采用TG-DSC技术研究了不同煤种在水分蒸发、吸氧增重、受热分解及燃烧等不同氧化阶段的氧化特征值;并采用TG-DSC-GC联用技术研究了不同煤种在整个氧化阶段的气体产物生成规律及其特征。在煤的低温氧化阶段,找出了CO等可作为判别煤自燃的指标性气体及C2H4等辅助指标性气体;并得出了各煤种氧化阶段的耗氧规律。     

矿井防灭火技术现状及研究进展

评述了国内外常用防灭火技术的现状,并分析了常用技术的主要优缺点;列举防灭火技术的最新研究进展,包括粉煤灰固化泡沫技术、三相泡沫技术、悬浮山砂的稠化剂技术等;介绍新技术的特点及应用情况。在防治矿井煤炭自燃的过程中,由于煤自燃特点及矿井的实际条件,单一的手段难以起到完全理想的效果,往往是多种防灭火技术综合作用的结果。     

初始氧化温度对浸水长焰煤二次氧化特性的影响机制

为揭示不同初始氧化温度下浸水长焰煤的氧化自燃特性,利用红外光谱和热分析实验手段以及MS数值模拟方法研究其氧化自燃规律,并采用线性拟合的方法阐述自由基变化特性。结合分子键能的变化,分析浸水条件下二次氧化的煤氧链式反应过程。研究结果表明:经过120 ℃预氧化后,浸水风干长焰煤的还原性官能团甲基、亚甲基、羟基均高于原煤,而羰基、羧基低于原煤;与原煤相比,浸水风干后的煤预氧化温度在120 ℃时最大升温速率最高（0.036 9 ℃/s）,表现出更强的自燃倾向性;MS模拟优化得出煤中各官能团在预氧化120 ℃时键能变化较大,结合热分析实验,确立预氧化后浸水风干煤体氧化自燃特性机制。     

基于不同漏风源浅埋煤层采空区自燃“三带”分布规律研究*

为解决浅埋自燃煤层采空区因地表及工作面漏风而自燃的难题,以沙坪煤矿1818工作面为例,利用SF6示踪法检测采空区地表漏风通道和风速,利用FLUENT数值模拟分析不同漏风源采空区自燃“三带”分布的特征,并通过现场束管测试结果对比分析浅埋煤层采空区地表漏风对自燃“三带”分布的影响,同时限定工作面最小推进速度,确保工作面的安全生产。研究结果表明:地表漏风风速为0.06～0.30 m/s,漏风通道多且复杂;相比于工作面单一漏风源,有地表漏风存在时,自燃危险性加大;限定工作面最小推进速度为1.24 m/d。因此,多漏风源煤层开采条件下自燃“三带”分布的确定对浅埋藏自燃煤层采空区遗煤自燃预测预报及预防工作具有重要的指导和借鉴意义。     

基于MATLAB工具箱的开采煤层自燃危险性预测

正确预测开采煤层自燃发火的趋势与危险性,对煤矿安全生产具有重要的指导意义。煤层自燃发火的趋势和危险程度与其影响因素之间存在着复杂的非线性关系,而人工神经网络具有极强的非线性逼近能力,能真实刻画出输入变量与输出变量之间的非线性关系。为准确预测开采煤层自燃发火的危险性,笔者针对反向BP神经网络收敛差的缺点,分别采用基于MATLAB神经网络工具箱中的VLBP和LMBP算法的改进BP神经网络模型对开采煤层自燃的危险性进行了预测。根据开采煤层自燃的特点,选取煤本身自燃倾向性、煤层地质及赋存条件、通风技术条件3个关键影响因素作为开采煤层自燃危险性的评判指标,建立了开采煤层自燃危险性预测的神经网络模型。实际应用效果表明,采用基于MATLAB神经网络工具箱的BP网络模型,能克服一般BP网络收敛较慢的缺点,能加快收敛速度;运用LMBP算法比VLBP算法快,但需较大计算机内存;该模型收敛速度快,准确性高,是一种十分有效的开采煤层自燃危险性预测方法。     

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。