基于气体生成速率的煤自燃CO指标临界值确定方法.pdf
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1、收稿日期:作者简介:吴恩全()男辽宁辽阳人工程师从事煤矿一通三防管理工作:./.基于气体生成速率的煤自燃 指标临界值确定方法吴恩全(陕西有色榆林煤业有限公司陕西 榆林)摘 要:为了保障矿井精准及时地开展煤自然发火预测预报工作确定工作面 的指标临界值以煤氧化过程中 气体产生机理为理论依据通过程序升温实验获取不同煤温下 的产生速率确定工作面煤自燃标志性气体结合煤矿现场参数条件、煤层自燃特性以及 来源等因素推导出了基于气体生成速率的工作面 体积分数指标预测数学模型并成功应用于试验矿井得到了回风隅角和回风巷 的安全管理浓度以及自燃临界值 研究成果对煤层自燃预测预报和防灭火技术管理具有良好的借鉴意义关键
2、词:气体生成速率自然发火标志气体一氧化碳临界值中图分类号:文献标识码:文章编号:()矿井火灾是我国煤矿面临的主要灾害之一近年来煤矿井下自燃火灾事故和因煤自燃诱发的瓦斯爆炸事故表明未能及时发现煤自燃早期征兆和未能及早采取预防措施是主要的致灾原因 在煤氧化生成的气体中 体积分数与煤温存在一定规律性的对应关系具有非常高的规律性、敏感性和可测性虽然 也容易受外界环境的影响如井下爆破、汽车尾气、老火区气体运移等但可以通过现场分析排除或者结合 体积分数变化趋势来进行监测预警 长期以来国内外对煤炭自燃所产生的标志性气体进行的大量实验研究表明 在一定程度上可以预测预报采空区遗煤自然发火 煤矿安全规程和煤矿防灭
3、火细则中要求矿井开采容易自燃和自燃煤层时必须根据 指标或采空区温度确定自然发火预警阈值实现煤自然发火的早期预测预报通过分析国内外学者的研究成果可知目前确定 指标临界值一般是根据实验测试和现场观测得到 由于实验测试与井下现场环境存在较大差距现场观测一般也不能直接得到煤自燃 指标临界值 基于此本文以红石岩煤矿 号煤层 工作面为研究对象通过实验室模拟和煤矿现场观测获取煤层自燃特性和现场参数条件利用建立的数学预测模型确定煤自燃标志气体 指标临界值为矿井采空区自然发火的早期预测预报提供指导 指标临界值的确定方法对于未发生过煤自然发火现象的矿井现场观测只能得到煤在低温氧化阶段的 体积分数指标煤自燃高温阶段
4、的 体积分数指标需要通过实验和建模预测得到 本文提出的 指标临界值确定方法是在煤程序升温氧化过程实验研究的基础上对煤层回采工作面现场进行考察分析现场自然发火标志气体的变化规律 结合矿井生产条件参数分析工作面 来源推导出基于实验条件下气体产生速率的 体积分数指标预测数学模型计算得出煤层工作面回风隅角 安全管理浓度及煤层自然发火标志气体临界值并以红石岩煤矿作为试验矿井进行实例应用 实验室分析研究利用程序升温实验研究煤自燃过程中各种气体产物与煤温的对应关系为现场预测气体指标提供数据基础.实验方法和结果煤样取自红石岩煤矿 号煤层 工作面剥去其表面氧化层后破碎筛分为 目作为实验煤样将 粒径小于 目的煤样
5、装入罐内持续通入 /的 干 空 气 升 温 速 率 设 置 为./进行煤自燃程序升温试验得到实验结果如表 所示.实验结果分析)在 时开始出现灵敏性强其浓度随着煤温变化呈现阶段性变化规律根据 气体浓度以及其变化速率可推测得到当前煤自燃程度以及煤温实实用用技技术术 第第 卷卷 第第 期期 年年 月月)从 时开始出现表明测试煤样所代表的煤层局部进入了加速氧化阶段必须采取切实有效的防灭火措施否则煤的自燃过程将不可逆转)在实验温度内没有检测到 说明一旦 出现煤温已经超过 煤层局部可能出现明火表 红石岩煤矿 号煤层煤样升温氧化气体产物体积分数记录表/温度/.现场气体考察分析现场气体考察能够更加直观地获取在
6、生产条件下工作面煤自燃标志气体的变化规律和主要来源其主要方法是考察工作面上隅角、回风巷、采空区内部气体成分的变化规律(主要是 指标气体的变化规律)以此来确定煤矿现场自然发火标志气体.现场考察结果对 工作面回采期间回风隅角和回风巷气体进行为期 的采样分析在此期间 回采工作面回风隅角和回风巷 一直为.工作面回风隅角和回风流温度如图 所示稳定在 之间综合分析表明在正常生产条件下红石岩 号煤层氧化比较平缓基本上没有 产生.考察结果分析通过对试验煤层 综采工作面回风隅角和回风巷气体成分进行分析发现在正常回采过程中回风隅角几乎检测不到 气体的存在 从以往的矿井人工取样分析可知矿井在正常开采中也没有出现工作
7、面回风隅角 超限现象说明试验煤层在常温下发生低温氧化产生 但由于煤矿现场地质条件等各方面原因试验煤层未出现剧烈氧化现象导致 体积分数较小几乎检测不到 这也和氧化升温试验中试验煤样在 温度下就产生但出现的体积分数值非常低的现象基本吻合在现场实际检测过程中偶尔发现体积分数极小的和 气体经分析认为可能是煤层原生赋存的气体 结合煤层实验室分析可以确定将 气体作为煤层早期自燃预报的标志气体图 工作面各地点温度变化 体积分数指标预测模型煤自燃是一个复杂的非线性动态过程根据相第 期 吴恩全:基于气体生成速率的煤自燃 指标临界值确定方法 关研究可知煤自燃过程中存在一个临界温度点是划分煤缓慢氧化阶段和加速氧化阶
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