煤炭自燃特性與指標氣體的優(yōu)選

第35卷第2期煤礦安全2004年2月安全技術(shù).文章編號:1003 - 496X( 2004 )02 - 0010- 03煤炭自燃特性與指標氣體的優(yōu)選謝振華|金龍哲' ,任寶宏”( 1.北京科技大學(xué)土木與環(huán)境工程學(xué)院北京100083 2.大屯能源股份公司江蘇沛縣221611 )摘要:在論述煤炭 自燃特性的基礎上,設計了煤炭自燃過(guò)程模擬實(shí)驗裝置對不同粒度煤樣在不同溫度下產(chǎn)生CO、CO2等氣體的濃度進(jìn)行了測定。分析了CO、CO2等氣體濃度和CO溫升率隨溫度的變化規律討論了自燃指標氣體的選擇。研究結果對煤礦火災的預測預報和防治具有指導作用。關(guān)鍵詞煤炭自燃指標氣體預測預報煤溫中圖分類(lèi)號:TD75+2.1文獻標識碼:B煤炭自燃是煤礦生產(chǎn)過(guò)程中的重大災害之很強的隱蔽性,因此給煤炭自燃的預測預報和防一,它使煤炭資源和國家財產(chǎn)遭受重大損失并威滅火工作帶來(lái)很大困難1。本文研究了煤炭自燃脅著(zhù)工人的生命安全。煤炭自燃大都發(fā)生在采動(dòng)的特性根據實(shí)驗結果對預報煤炭自燃的指標氣后的空間或受采動(dòng)影響而被壓裂的煤柱內具有體進(jìn)行了優(yōu)選。實(shí)際配風(fēng)829m/min在采至Fs斷層附近及過(guò)斷點(diǎn)附近，采取有力措施抓好瓦斯治理,使用高安層中出現瓦斯涌出異?，F象。在下平巷安裝抽全性能炸藥杜絕電器失爆。出式風(fēng)機的情況下最高時(shí)工作面回風(fēng)流中瓦斯( 4 )加強局部通風(fēng)管理掘進(jìn)工作面采用大功濃度達到0.37% ,下隅角瓦斯濃度達1.14% ,瓦率對旋式局部通風(fēng)機、大直徑風(fēng)筒增加掘進(jìn)工作斯絕對涌出量3.07 m3/min。該面共揭露7條斷面的風(fēng)量有效沖淡瓦斯涌出異常濃度。(5 )加瓦斯管理縮小循環(huán)進(jìn)尺,循環(huán)進(jìn)尺不得超過(guò)800mm，改變支護方式,用螺紋鋼錨桿支52 煤層瓦斯治理措施護并隨后噴漿,減少煤層暴露面積，以減少瓦斯通過(guò)分析基本摸清了煤層中瓦斯賦存情況釋放量。和涌出規律，為防治瓦斯技術(shù)提供了的科學(xué)數據。(6)考慮今后在預測高瓦斯區采用提前預抽為低瓦斯礦井開(kāi)采瓦斯涌出異常地點(diǎn)制定瓦斯措施抓好瓦斯提前治理工作。防治技術(shù)措施找到了有效的理論依據。根據預測通過(guò)預測預報工作提前制定安全措施做到瓦斯分布情況,瓦斯治理主要采取的措施為:提前預防加強裝備和技術(shù)管理防治瓦斯積聚,( 1 )搞好瓦斯涌出預測工作對瓦斯預測賦存杜絕重大事故發(fā)生。較高的區域提前提出治理方案,向斜軸部?jì)蓚仁┕r(shí)落實(shí)好防范措施。作者簡(jiǎn)介李鵬(1071-),993年畢業(yè)于淮南礦業(yè)(2增大工作面的風(fēng)量同時(shí)安裝專(zhuān)用抽出式中國煤化工-通三防”安全生產(chǎn)技術(shù)局部通風(fēng)機,有效抽排上隅角瓦斯,防治瓦斯積MYHCNMHG任新汶礦業(yè)集團公司通防處總工程師。聚。(3向斜軸兩翼復雜、斷層為高角度正斷層地. (收稿日期2003-09- 12責任編輯齊秀昆)10.煤礦安全2004年2月第35卷第2期實(shí)驗裝置如圖1所示,它包括供氣系統、程序煤炭自燃的特性升溫系統和氣樣分析系統3部分。煤炭自燃的發(fā)生和發(fā)展是. -個(gè)極其復雜的動(dòng)程序升溫箱態(tài)物理化學(xué)變化過(guò)程是煤氧復合作用的結果是儀氧化反應的自發(fā)產(chǎn)生、熱量逐漸積聚并最終引起煤樣燃燒的過(guò)程。煤與空氣接觸后,首先發(fā)生煤體對n風(fēng)壓泵色譜儀流量計氧的物理吸附,之后發(fā)生煤氧化學(xué)吸附和化學(xué)反空氣預熱管應(2)。.產(chǎn)生物理吸附的作用力是分子間力,即范德圖1 煤樣自燃過(guò)程模擬實(shí)驗裝置華力。煤體可以同時(shí)吸附多種煤體間的氣體如O2、CH、N2、CO2等,在吸附時(shí)放出物理吸附熱。(1 )烘氣系統。包括高壓空氣瓶、減壓閥、流物理吸附- -般是可逆的吸附速度較快易于達到量控制閥及顯示儀表并用鋼管依次連接。吸附平衡狀態(tài)。隨著(zhù)溫度的升高吸附速度降低，(2程序升溫系統。包括恒溫箱及程序升溫脫附速度加快?？刂圃O備箱內安裝螺旋形預熱管和試樣罐溫度產(chǎn)生化學(xué)吸附的作用力是化學(xué)鍵力。在化學(xué)控制精度為0.1C。吸附的過(guò)程中可以發(fā)生電子的轉移、原子的重排、(3)氣樣分析系統包括取樣管和分析儀器?；瘜W(xué)鍵的破壞與形成等過(guò)程?；瘜W(xué)吸附有明顯的2.2實(shí)驗條件及實(shí)驗方法選擇性且只能形成單分子吸附層?；瘜W(xué)吸附與在大屯能源股份有限公司姚橋煤礦和徐莊煤固體表面上發(fā)生的一般化學(xué)反應很類(lèi)似反應放礦的7"和8*煤層取樣用球磨機粉碎煤樣篩分出的熱量較大與化學(xué)反應熱的數量級基本相同。得到<0.3 mm.0.3~2 mm.2~6 mm6~ 10 mm4化學(xué)吸附的作用力較強是不可逆的。溫度越高，種粒度試樣?；瘜W(xué)吸附的速度越快。實(shí)驗時(shí)將每種試樣裝進(jìn)試樣罐連接氣體管化學(xué)反應是煤體與吸附在表面的O2分子發(fā)路打開(kāi)空氣閥門(mén)調節流量為90 m/min然后開(kāi)生化學(xué)反應,并生成一定的氧化產(chǎn)物,如CO、烷始加熱試樣。每隔10c取氣樣用氣相色譜儀分烴、烯烴等?；瘜W(xué)反應會(huì )引起煤表面結構和空間析氣樣成分及濃度。結構的變化其內能也會(huì )隨之變化并放出熱量。.3實(shí)驗結果分析與自燃指標氣體的優(yōu)選煤結構的變化影響著(zhù)整個(gè)物理化學(xué)變化的進(jìn)程。在煤氧復合過(guò)程中煤在低溫下與氧的作用在實(shí)驗中測定了各試樣在不同溫度下的CO、最初以物理吸附為主物理吸附達到平衡后則以CO2<0.CH.CH的濃度值。通過(guò)分析可以?xún)?yōu)化學(xué)吸附為主并進(jìn)一步發(fā)生化學(xué)反應。 隨著(zhù)溫選出預測預報煤炭自燃的指標氣體。度的升高化學(xué)吸附和化學(xué)反應速度加快煤的吸近年來(lái)國內外對煤炭自燃的預測預報技術(shù)氧量增加煤溫持續上升引起自燃。進(jìn)行了大量的研究。及時(shí)、準確的煤炭自燃早期由上述煤炭自燃的過(guò)程可知煤的吸氧量、反預報,可達到防止火災或減少火災損失的目的。應產(chǎn)生的氣體和煤溫之間存在密切的關(guān)系通過(guò)目前煤炭自燃早期預報方法主要有標志氣體分實(shí)驗發(fā)現煤炭自燃的特性就能優(yōu)選出預測煤炭析法和溫度檢測法2種其中氣體分析法是國內.自燃的指標氣體。廣泛使用的一種方法。2煤炭自燃特性實(shí)驗中國煤化工確定為了研究煤炭的自燃特性我們設計了煤炭MHCNM H種類(lèi)及其與煤溫的對自燃過(guò)程模擬實(shí)驗裝置并對大屯能源股份有限應天系隨煤質(zhì)不同血異因此利用氣體分析法來(lái)預報煤炭自燃時(shí)指標氣體應滿(mǎn)足如下條件:公司的煤樣進(jìn)行了試驗。(1可檢測性。普通色譜分析儀能檢測到指2.1實(shí)驗裝置11 .第35卷第2期煤礦安全2004年2月標氣體的存在。40(2 )敏感性高。當煤炭氧化且煤溫超過(guò)一定, 35值時(shí)指標氣體-定出現 并隨煤溫的升高其產(chǎn)生: 30225量穩定增加。好20(3 )規律性好。指標氣體的濃度與煤溫之間$ 15應有良好的對應關(guān)系并且對同- -煤層重復性較只18好(3]。0020406080100 120 140由實(shí)驗數據可知,各煤樣在氧化過(guò)程中都有規律地出現CO、C2H4、C2H63種氣體。徐莊煤礦圖3姚橋煤樣煤溫 與Co溫升率的關(guān)系8#煤層試樣CO、C2H、C2H6氣體含量與煤溫關(guān)系如圖2所示。危險性也越大。CO 溫升率連續迅速增大，說(shuō)明煤0r1 30開(kāi)始自燃,應及時(shí)采取措施防止自燃的擴大。4 25。由實(shí)驗還可知隨著(zhù)溫度的升高各煤樣的耗20x氧量也隨之增加。說(shuō)明隨煤溫的升高煤氧間由8 12物理吸附變化到化學(xué)吸附最后發(fā)生化學(xué)反應。CHs10吉4結論一個(gè)30 6090 120 150 180 220( 1 )煤炭自燃是煤氧復合的結果引起煤炭自1/C燃的主要原因是煤的化學(xué)吸附和化學(xué)反應。(2 )CO、CO2、C2H4氣體的產(chǎn)生量,CO溫升率圖2徐莊煤樣煤溫 與CO、CH、C2H,氣體含量的關(guān)系均隨煤溫升高而增大。由圖2可以看出,CO、C2H4的生成量隨煤溫(3)在選取煤炭自燃指標氣體時(shí)應根據各礦的升高而增大。C2H4 在110~ 120C時(shí)出現，說(shuō)明具體情況而定。大屯煤可使用Co和C2H作為此時(shí)煤氧發(fā)生了較強的化學(xué)反應。CO在低溫時(shí)煤炭自燃預測預報的指標氣體。煤在70~ 80C生成量較小,但在70~ 809時(shí)迅速增長(cháng),此時(shí)煤時(shí)已開(kāi)始迅速氧化在110~ 1209時(shí)出現C2H。已開(kāi)始迅速氧化。C2H6 在30C時(shí)就存在,在190(4 )從CO溫升率數值可判斷煤炭自然發(fā)火~ 200C時(shí)達到最大,隨后開(kāi)始下降。這表明的程度。當CO溫升率持續增大時(shí)應采取防滅C2H6不完全是煤裂解和氧化產(chǎn)生,煤對C2H6的火措施。裂解吸附占很大部分。因此,大屯煤可采用CO .參考文獻:作為煤炭自燃預測預報的主要指標氣體,C2H4 作[1] 周心權礦井火災救災理論與實(shí)踐[M].北京煤炭為輔助指標氣體而C2H6不能作為指標氣體。工業(yè)出版社,1996.3.2 CO 溫升率分析[2]程遠平李增華.煤炭低溫吸氧過(guò)程及其熱效應[ J].從實(shí)驗結果可以看出,CO在30公時(shí)就出現,中國礦業(yè)大學(xué)學(xué)報,1999 28( 4 )310-313.而且隨煤溫的變化較大,因此,用CO來(lái)預報煤炭[3] 邵輝.淺析煤炭自燃指標氣體的優(yōu)選與使用[ J].自燃時(shí),應防止誤報和漏報，以免造成經(jīng)濟損失和煤炭科學(xué)技術(shù),1996 249)43-46.自燃火災。要檢測到CO出現后,應 繼續加強檢測,同時(shí)測定煤體溫度,計算CO溫升率,作出CO中國煤化工)男副教授現在北京科溫升率與煤溫的關(guān)系曲線(xiàn)。例如姚橋煤礦8#煤.MHCN MH事安全技術(shù)及工程的教學(xué)層試樣CO溫升率與煤溫關(guān)系曲線(xiàn)如圖3所示。和科研⊥作。由圖3可知,CO溫升率越大則說(shuō)明溫度的(收稿日期2003-09- 12責任編輯郭瑞年)變化對CO的產(chǎn)生率影響增大煤炭自然發(fā)火的12.