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.北京科技大學土木與環(huán)境工程學院北京100083 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(chǔ)上,設(shè)計了煤炭自燃過程模擬實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(guī)律討論了自燃指標氣體的選擇。研究結(jié)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號:TD75+2.1文獻標識碼:B煤炭自燃是煤礦生產(chǎn)過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很大困難1。本文研究了煤炭自燃脅著工人的生命安全。煤炭自燃大都發(fā)生在采動的特性根據(jù)實驗結(jié)果對預報煤炭自燃的指標氣后的空間或受采動影響而被壓裂的煤柱內(nèi)具有體進行了優(yōu)選。實際配風829m/min在采至Fs斷層附近及過斷點附近，采取有力措施抓好瓦斯治理,使用高安層中出現(xiàn)瓦斯涌出異常現(xiàn)象。在下平巷安裝抽全性能炸藥杜絕電器失爆。出式風機的情況下最高時工作面回風流中瓦斯( 4 )加強局部通風管理掘進工作面采用大功濃度達到0.37% ,下隅角瓦斯?jié)舛冗_1.14% ,瓦率對旋式局部通風機、大直徑風筒增加掘進工作斯絕對涌出量3.07 m3/min。該面共揭露7條斷面的風量有效沖淡瓦斯涌出異常濃度。(5 )加瓦斯管理縮小循環(huán)進尺,循環(huán)進尺不得超過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，以減少瓦斯通過分析基本摸清了煤層中瓦斯賦存情況釋放量。和涌出規(guī)律，為防治瓦斯技術(shù)提供了的科學數(shù)據(jù)。(6)考慮今后在預測高瓦斯區(qū)采用提前預抽為低瓦斯礦井開采瓦斯涌出異常地點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(jù)。根據(jù)預測通過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(qū)域提前提出治理方案,向斜軸部兩側(cè)施工時落實好防范措施。作者簡介李鵬(1071-),993年畢業(yè)于淮南礦業(yè)(2增大工作面的風量同時安裝專用抽出式中國煤化工-通三防”安全生產(chǎn)技術(shù)局部通風機,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期實驗裝置如圖1所示,它包括供氣系統(tǒng)、程序煤炭自燃的特性升溫系統(tǒng)和氣樣分析系統(tǒng)3部分。煤炭自燃的發(fā)生和發(fā)展是. -個極其復雜的動程序升溫箱態(tài)物理化學變化過程是煤氧復合作用的結(jié)果是儀氧化反應(yīng)的自發(fā)產(chǎn)生、熱量逐漸積聚并最終引起煤樣燃燒的過程。煤與空氣接觸后,首先發(fā)生煤體對n風壓泵色譜儀流量計氧的物理吸附,之后發(fā)生煤氧化學吸附和化學反空氣預熱管應(yīng)(2)。.產(chǎn)生物理吸附的作用力是分子間力,即范德圖1 煤樣自燃過程模擬實驗裝置華力。煤體可以同時吸附多種煤體間的氣體如O2、CH、N2、CO2等,在吸附時放出物理吸附熱。(1 )烘氣系統(tǒng)。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)。隨著溫度的升高吸附速度降低，(2程序升溫系統(tǒng)。包括恒溫箱及程序升溫脫附速度加快?？刂圃O(shè)備箱內(nèi)安裝螺旋形預熱管和試樣罐溫度產(chǎn)生化學吸附的作用力是化學鍵力。在化學控制精度為0.1C。吸附的過程中可以發(fā)生電子的轉(zhuǎn)移、原子的重排、(3)氣樣分析系統(tǒng)包括取樣管和分析儀器。化學鍵的破壞與形成等過程?；瘜W吸附有明顯的2.2實驗條件及實驗方法選擇性且只能形成單分子吸附層?；瘜W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)生的一般化學反應(yīng)很類似反應(yīng)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反應(yīng)熱的數(shù)量級基本相同。得到<0.3 mm.0.3~2 mm.2~6 mm6~ 10 mm4化學吸附的作用力較強是不可逆的。溫度越高，種粒度試樣?；瘜W吸附的速度越快。實驗時將每種試樣裝進試樣罐連接氣體管化學反應(yīng)是煤體與吸附在表面的O2分子發(fā)路打開空氣閥門調(diào)節(jié)流量為90 m/min然后開生化學反應(yīng),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。化學反應(yīng)會引起煤表面結(jié)構(gòu)和空間析氣樣成分及濃度。結(jié)構(gòu)的變化其內(nèi)能也會隨之變化并放出熱量。.3實驗結(jié)果分析與自燃指標氣體的優(yōu)選煤結(jié)構(gòu)的變化影響著整個物理化學變化的進程。在煤氧復合過程中煤在低溫下與氧的作用在實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。通過分析可以優(yōu)化學吸附為主并進一步發(fā)生化學反應(yīng)。 隨著溫選出預測預報煤炭自燃的指標氣體。度的升高化學吸附和化學反應(yīng)速度加快煤的吸近年來國內(nèi)外對煤炭自燃的預測預報技術(shù)氧量增加煤溫持續(xù)上升引起自燃。進行了大量的研究。及時、準確的煤炭自燃早期由上述煤炭自燃的過程可知煤的吸氧量、反預報,可達到防止火災或減少火災損失的目的。應(yīng)產(chǎn)生的氣體和煤溫之間存在密切的關(guān)系通過目前煤炭自燃早期預報方法主要有標志氣體分實驗發(fā)現(xiàn)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(nèi).自燃的指標氣體。廣泛使用的一種方法。2煤炭自燃特性實驗中國煤化工確定為了研究煤炭的自燃特性我們設(shè)計了煤炭MHCNM H種類及其與煤溫的對自燃過程模擬實驗裝置并對大屯能源股份有限應(yīng)天系隨煤質(zhì)不同血異因此利用氣體分析法來預報煤炭自燃時指標氣體應(yīng)滿足如下條件:公司的煤樣進行了試驗。(1可檢測性。普通色譜分析儀能檢測到指2.1實驗裝置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一定, 35值時指標氣體-定出現(xiàn) 并隨煤溫的升高其產(chǎn)生: 30225量穩(wěn)定增加。好20(3 )規(guī)律性好。指標氣體的濃度與煤溫之間$ 15應(yīng)有良好的對應(yīng)關(guān)系并且對同- -煤層重復性較只18好(3]。0020406080100 120 140由實驗數(shù)據(jù)可知,各煤樣在氧化過程中都有規(guī)律地出現(xiàn)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(xù)迅速增大，說明煤0r1 30開始自燃,應(yīng)及時采取措施防止自燃的擴大。4 25。由實驗還可知隨著溫度的升高各煤樣的耗20x氧量也隨之增加。說明隨煤溫的升高煤氧間由8 12物理吸附變化到化學吸附最后發(fā)生化學反應(yīng)。CHs10吉4結(jié)論一個30 6090 120 150 180 220( 1 )煤炭自燃是煤氧復合的結(jié)果引起煤炭自1/C燃的主要原因是煤的化學吸附和化學反應(yīng)。(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應(yīng)根據(jù)各礦的升高而增大。C2H4 在110~ 120C時出現(xiàn)，說明具體情況而定。大屯煤可使用Co和C2H作為此時煤氧發(fā)生了較強的化學反應(yīng)。CO在低溫時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時迅速增長,此時煤時已開始迅速氧化在110~ 1209時出現(xiàn)C2H。已開始迅速氧化。C2H6 在30C時就存在,在190(4 )從CO溫升率數(shù)值可判斷煤炭自然發(fā)火~ 200C時達到最大,隨后開始下降。這表明的程度。當CO溫升率持續(xù)增大時應(yīng)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(quán)礦井火災救災理論與實踐[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.煤炭低溫吸氧過程及其熱效應(yīng)[ J].從實驗結(jié)果可以看出,CO在30公時就出現(xiàn),中國礦業(yè)大學學報,1999 28( 4 )310-313.而且隨煤溫的變化較大,因此,用CO來預報煤炭[3] 邵輝.淺析煤炭自燃指標氣體的優(yōu)選與使用[ J].自燃時,應(yīng)防止誤報和漏報，以免造成經(jīng)濟損失和煤炭科學技術(shù),1996 249)43-46.自燃火災。要檢測到CO出現(xiàn)后,應(yīng) 繼續(xù)加強檢測,同時測定煤體溫度,計算CO溫升率,作出CO中國煤化工)男副教授現(xiàn)在北京科溫升率與煤溫的關(guān)系曲線。例如姚橋煤礦8#煤.MHCN MH事安全技術(shù)及工程的教學層試樣CO溫升率與煤溫關(guān)系曲線如圖3所示。和科研⊥作。由圖3可知,CO溫升率越大則說明溫度的(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.