第2期汪長明陽煤三礦 15#煤層煤自燃特性的實(shí)驗(yàn)研究陽煤三礦15#煤層煤自燃特性的實(shí)驗(yàn)研究汪長明(中煤科工集團(tuán)重慶研究院有限公司，重慶400037)摘要:通過對煤自燃特性進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究,確定煤自燃等級(jí)、自燃預(yù)報(bào)指標(biāo)性氣體以及最短自然發(fā)火期,以此為依據(jù)制定礦井生產(chǎn)與防滅火安全技術(shù)措施，確保有煤自燃傾向的礦井安全高效生產(chǎn)。關(guān)鍵詞:煤自燃特性;自燃預(yù)報(bào);指標(biāo)氣體;最短自然發(fā)火期中圖分類號(hào):TD75*2.2文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):1671 - 749X(2015 )02 -0005 -04Experimental research on spontaneous combustion characteristicsof 15# coal seam in Yangmei Third Coal MineWANG Chang ming( Chongqing Ressearch Institule , China Coal Technology & Engineering Group Corp , Chongqing 40037 ,China)Abstract: By experimental study of coal spontaneous combustion characteristics， the coal spontaneous combustion grade , in-lex gas and the shortest spontaneous combustion period was confirmed . And then , the safety technical measures for mineproduction and fire prevention were formulated , and the safety and efficient production in the spontaneous combustion minecould be ensured .Key words: coal spontaneous combustion characteristics ; coal spontaneous combustion forecast ; index gas ; the shortestspontaneous combustion period報(bào)標(biāo)志性氣體,并最終確定煤自燃傾向性等級(jí)和最0引言短自然發(fā)火期。綜采放頂煤開采技術(shù)的廣泛采用,使生產(chǎn)效率1陽煤三礦煤自然發(fā)火標(biāo)志氣體研究大幅提高,但這種采煤方法冒落高度大、采空區(qū)遺留煤多、漏風(fēng)嚴(yán)重,使得采空區(qū)煤炭自燃危險(xiǎn)性增大、1.1 陽煤三礦15#煤的自燃傾向性自然發(fā)火頻繁1.21。通過對煤自燃特性進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研取樣地點(diǎn):陽泉三礦K8202工作面。究,確定煤自燃等級(jí)、自燃預(yù)報(bào)指標(biāo)性氣體以及最短實(shí)驗(yàn)煤樣工業(yè)分析及自燃傾向鑒定結(jié)果見自然發(fā)火期,從而為制定礦井生產(chǎn)與防滅火安全技表1。術(shù)措施提供可靠依據(jù)。由工業(yè)分析及煤自燃傾向性等級(jí)鑒定可知,15#本文采用煤自燃升溫氧化實(shí)驗(yàn),依據(jù)陽煤三礦煤層煤的全硫含量為2.42% ,含硫量較高,增大了15#煤層K8202工作面煤樣自燃特性實(shí)驗(yàn)結(jié)果，結(jié)煤自中國煤化工樣的靜態(tài)吸氧量為合類似條件綜放面自燃預(yù)測預(yù)報(bào)的統(tǒng)計(jì)分析情況,MYHCNMH G和規(guī)范,吸氧量大于選取不同溫度下的氣體產(chǎn)物,作為現(xiàn)場自燃預(yù)測預(yù)0.7 cm'/g,即為容易自燃,因此判定煤樣的自燃等級(jí)為容易自燃。而且,現(xiàn)場開展防滅火工作時(shí),應(yīng)加收稿日期:2014-11-14作者簡介:汪長明(1971-),男,重慶永川人1997年畢業(yè)于中國礦強(qiáng)采空區(qū)、破碎頂板等自燃危險(xiǎn)區(qū)域監(jiān)測，加大礦井業(yè)大學(xué),高級(jí)工程師,主要從事煤巖災(zāi)害防治相關(guān)工作。自燃防治力度,進(jìn)行防滅火技術(shù)的綜合應(yīng)用,做好高陜西煤炭2015年瓦斯礦井煤層自燃防治工作。發(fā)展的程度有關(guān),可以從中選取-.種或多種煤炭熱表1工業(yè)分析及 自燃傾向等級(jí)鑒定結(jié)果解伴生氣體,作為煤炭自燃早期預(yù)報(bào)的指標(biāo)性氣體。吸氧量研究表明，使用CO、C2H4及C2H2三個(gè)指標(biāo),綜.工業(yè)分析/%6全硫真相對項(xiàng)目，自燃編號(hào)M。 Ag Vaut /% /drRDSi.ad密度/(cm3. g-')傾向性合地將煤自然發(fā)火分為三個(gè)階段:①CO指標(biāo)氣體干煤是煤體自燃早期預(yù)測預(yù)報(bào)的良好指標(biāo)，礦井風(fēng)流中I類出現(xiàn)ppm級(jí)CO時(shí),煤體處于緩慢氧化階段,溫度在2009 +0201 0.46 4.71 8.25 2.42 1. 401.13(容易自燃)50°C~1509C;②出現(xiàn)ppm級(jí)CO和C2H時(shí)的加速1.2自 然發(fā)火標(biāo)志氣體及預(yù)測指標(biāo)氧化階段;③出現(xiàn)ppm級(jí)C0C2H4和C2H2時(shí)的激煤炭自燃的早期預(yù)報(bào)是井防滅火技術(shù)的重要烈氧化階段,此時(shí)溫度一般大于250C,即將出現(xiàn)明組成部分。預(yù)測預(yù)報(bào)利用先進(jìn)的檢測技術(shù)早期發(fā)現(xiàn)火。應(yīng)用這三個(gè)指標(biāo),不僅可預(yù)測火災(zāi),而且還可判處于自熱狀態(tài)的煤炭,以便及時(shí)采取有效的技術(shù)措別其階段 ,據(jù)此而采取不同的防滅火技術(shù)措施。施處理高溫點(diǎn)或自熱熱源,把火災(zāi)消滅在萌芽狀態(tài)。1.3煤樣升溫 氧化試驗(yàn)結(jié)果而預(yù)測指標(biāo)的優(yōu)選及指標(biāo)值的確定是預(yù)測準(zhǔn)確與否本實(shí)驗(yàn)應(yīng)用CO C2H4及C2H2三個(gè)指標(biāo)氣體,得的關(guān)鍵,國內(nèi)外學(xué)者對此做了大量的研究工作,提出出K8202工作面煤樣升溫氧化實(shí)驗(yàn)結(jié)果。升溫氧了許多預(yù)測方法和指標(biāo)。最常用的是測定礦內(nèi)空氣化過程中氣體產(chǎn) 物及其濃度變化見表2,臨界溫度成份的變化，即氧濃度降低、自熱或自燃的伴生氣體為 170C。煤樣最低溫度、最高溫度和進(jìn)氣溫度對濃度增加。煤炭在熱解過程中,會(huì)產(chǎn)生一些正常大應(yīng)關(guān)系如圖1。CO、C2H和C2H隨時(shí)間變化曲線如氣中不含或含量極低的煤炭熱解伴生氣體，如CO圖2。和烴類氣體等,這些熱解伴生氣體的生成量與熱解表2煤樣升溫氧化過程中氣體濃度及臨界溫度煤樣及進(jìn)氣溫度/C .CH4CO2C2H4C2 HoC2H202/%TminTmasT。/ppm/ ppm242519. 745.167.8027119. 696.242. 935405819. 655.253. 84919. 629.869.0628919. 605.489. 37980519. 505.865.59410219. 377.48.153. 611913119. 2613.87.555. 7124519.1620. 858.014415215719. 0643. 875. 01617019. 0557.4.04.91808319. 04109.5218. 4200 |500↑- +Tcmin第100-Ta中國煤化工THCNMHG..計(jì)5652取樣編號(hào)煤樣最高溫度/Tcmax圖1 煤樣最低溫度最高溫度和進(jìn)氣溫度對應(yīng)關(guān)系圖2CO.C2H4和C2H2隨時(shí)間變化規(guī)律第2期汪長明陽煤三礦 15#煤層煤自燃特性的實(shí)驗(yàn)研究從圖1由一氧化碳與煤溫變化關(guān)系可以看出，錄,將同一煤層發(fā)生的各次自燃火災(zāi)逐- - 比較,以其15#煤均在溫度1179時(shí),開始出現(xiàn)CO,其CO濃度發(fā)火時(shí)間最短者作為該煤層的最短自然發(fā)火期,中為7.4ppm左右。當(dāng)溫度在1179C ~ 170C之間,CO間范圍值作為- - 般自然發(fā)火期;②類比法。對于新氣體含量增長較為緩慢,說明煤樣氧化反應(yīng)處于較建礦井,通過與煤層的自燃傾向性、地質(zhì)賦存條件和為溫和階段,CO產(chǎn)生速率較慢,而且，空氣溫度Ta開采方法相似的生產(chǎn)礦井類比,估算煤層的自然發(fā)大于煤樣溫度Tx,說明外部向煤樣供熱,通過空火期。氣對流等方式使煤樣溫度不斷升高;當(dāng)煤樣氧化到在評價(jià)煤層自然發(fā)火危險(xiǎn)性時(shí),一般的方法是170°時(shí),CO氣體含量迅速增加,說明煤氧復(fù)合反應(yīng)對其作自然發(fā)火傾向等級(jí)鑒定。然而,在現(xiàn)實(shí)過程處于較為劇烈的階段,同時(shí),煤樣溫度Tm.也達(dá)到中所確定的煤自然發(fā)火傾向等級(jí)與實(shí)際情況存在較170,說明煤氧復(fù)合反應(yīng)進(jìn)人自熱加速階段,即,煤大差異,因此,通過煤最短自然發(fā)火期評價(jià)煤的自然氧復(fù)合反應(yīng)產(chǎn)生的熱量大于逸散的熱量,部分熱量發(fā)火危險(xiǎn)性已成為--種較可靠的方法。發(fā)生積聚從而使得煤樣溫度不斷升高，說明了煤體本實(shí)驗(yàn)將絕熱條件下煤從常溫緩慢氧化、自熱已經(jīng)進(jìn)人了快速氧化升溫階段,如果此時(shí)不采取措升溫到加速氧化臨界溫度所需的時(shí)間計(jì)為煤層最短施，煤樣很快就會(huì)燃燒起來。自然發(fā)火期。通過差示掃描量熱法( DSC)測定煤樣從圖2可以看出,該礦煤樣在氧化過程中有規(guī)比熱、升溫氧化實(shí)驗(yàn)確定煤樣加速氧化臨界溫度，以律的出現(xiàn)CO CO2甲烷CH等三種氣體，且三種氣升溫氧化實(shí)驗(yàn)中氣體產(chǎn)物的濃度變化計(jì)算煤樣的放體生成量均隨煤溫的升高而增大。熱速率,根據(jù)建立的數(shù)學(xué)模型解算實(shí)驗(yàn)煤樣的最短CO2的含量隨溫度升高總體上呈現(xiàn)上升趨勢，自然發(fā)火期。且變化趨勢與CO基本相同。但是易受井下各種外2.1煤最短自然發(fā)火期解算數(shù)學(xué)模型界環(huán)境的影響,難以判別氣樣中的CO2是否是由煤煤炭科學(xué)研究總院重慶分院采用升溫氧化實(shí)驗(yàn)氧化產(chǎn)生的。所以二氧化碳?xì)怏w的含量不能用做判方法,以煤氧復(fù)合作用的吸附放熱和化學(xué)反應(yīng)放熱斷自然發(fā)火早期發(fā)現(xiàn)的標(biāo)志氣體。作為煤自熱升溫、水份蒸發(fā)、瓦斯解吸的主要熱源，因此,首選的自燃標(biāo)志氣體是CO。建立絕熱條件下的熱平衡方程，將常溫到煤自然發(fā)火臨界溫度劃分為若干溫度段,計(jì)算不同溫度時(shí)煤2煤最短自然發(fā)火期研究氧作用的放熱速率，解算煤的自燃潛伏期,建立了煤自然發(fā)火期是表征煤炭自燃危險(xiǎn)性的主要指標(biāo)最短自然發(fā)火期解算數(shù)學(xué)模型4]。之一。自然發(fā)火期是指煤被剝離暴露于空氣中，在由于煤在常溫~363K溫度段內(nèi)的水分蒸發(fā)量最佳供氧、貯熱條件下,煤體從常溫上升到著火溫度較小，所以近似認(rèn)為水分的蒸發(fā)主要在363K ~ 393K所需要的時(shí)間。理論分析和生產(chǎn)實(shí)踐證明,不同種溫度段內(nèi)完成。類的煤,由于其內(nèi)部結(jié)構(gòu)及物化性質(zhì)不同,自然發(fā)火2.2煤層最短自然發(fā)火期實(shí)驗(yàn)結(jié)果期不同;同一煤層,不同通風(fēng)供氧、蓄熱、開采條件根據(jù)對不同溫度條件下不同煤種煤樣的比熱進(jìn)下，自然發(fā)火期也有很大差異，據(jù)統(tǒng)計(jì),同一礦井最行的差示掃描量熱分析測試實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)的結(jié)果,選長與最短自然發(fā)火期相差達(dá)1.9~ 10倍”。取以下比熱數(shù)據(jù)對陽泉三礦K8202工作面煤樣進(jìn)傳統(tǒng)的自然發(fā)火期確定方法有:①統(tǒng)計(jì)比較法。行自然發(fā)火期解算。如表3所示。針對生產(chǎn)礦井,對煤層的自燃情況作認(rèn)真統(tǒng)計(jì)和記表3 不同溫度條件下的煤樣比熱表項(xiàng)目編號(hào)中國煤化工2:455075)0fYHCNMHG351502009 402011.301.311.321.331. 341.361.371.391.40.1.41解算得陽泉三礦K8205工作面煤樣實(shí)驗(yàn)最短自然發(fā)火期為23 d,解算過程見表4。8陜西煤炭2015年表4實(shí)驗(yàn)煤樣最短 自然發(fā)火期計(jì)算表Vo2VcoVconv。編號(hào)/K/(J. (kg. min)-') /(m3. kg~') /%/d/(10 mol●min “974. 139 000. 022 420. 905 310. 600.003144. 07020.013420.31857. 542.20313. 97910.015919. 94383. 193483.868 80.019419. 502 63. 822.94623.773 10.024219. 167 92. 890.023 2. 003783.871 50. 00000.017019. 448 62. 100.437 1. 64904.07750.001 90.013 520. 368 41.651. 354044.201 90. 00330.013520.9864.1. 251.104184. 29460.00490.013 621.45070. 941. 074304. 40160.01000.017 122. 098 50. 740.91(4)通過對煤樣進(jìn)行自燃特性實(shí)驗(yàn)，得到了自3結(jié)論燃傾向性、自燃指標(biāo)氣體和最短發(fā)火期等特性參數(shù),(1)通過靜態(tài)吸氧實(shí)驗(yàn),確定陽泉三礦K8202.能夠?yàn)楝F(xiàn)場煤自燃預(yù)測、預(yù)報(bào)和防滅火工作提供工作面煤樣自燃傾向性等級(jí)屬I類，為容易自燃,吸依據(jù)。氧量為1.13 cm'/g干煤。參考文獻(xiàn):(2)通過升溫氧化實(shí)驗(yàn),對比分析了CO、CO2、[1] 于海勇,吳健.放頂煤開采理論與實(shí)踐[M].徐CH,等氣體濃度隨煤樣溫度的變化規(guī)律,首選的自州:中國礦業(yè)大學(xué)出版社, 1992. 11.燃標(biāo)志氣體是CO,可采用C0相對量和變化率為自2]胡社榮,蔣大成.煤層自燃災(zāi)害研究現(xiàn)狀與防治對策[J].中國地質(zhì)災(zāi)害與報(bào),2000,11(4) :69-71.燃趨勢預(yù)測預(yù)報(bào)指標(biāo)，同時(shí)觀察烯烴類氣體濃度的[3]王 德明.礦井火災(zāi)學(xué)[ M].徐州:中國礦業(yè)大學(xué)出發(fā)展趨勢,結(jié)合烯烴類氣體綜合預(yù)報(bào)自然發(fā)火。版社,2008.(3)根據(jù)煤樣升溫氧化試驗(yàn)結(jié)果,采用最短自[4]余明高，黃之聰,岳超平.煤最短自然發(fā)火期解算然發(fā)火期模型解算得煤樣最短自然發(fā)火期為23d。數(shù)學(xué)模型[J].煤炭學(xué)報(bào),2001 ,26(5):516-519.(下接第30頁)對4*煤而言,支架上方的頂煤,在移架過程中支[1]宋振騏,趙經(jīng)徹,陳立良.關(guān)于綜采放頂煤安全開架的反復(fù)支撐對頂煤由裂隙煤到放煤口后成為松散采問題的認(rèn)識(shí)[J].煤炭學(xué)報(bào), 1995, 20(4):煤而順利放出具重要作用。卸壓移架方式對頂煤實(shí)256- 360.[2]吳健.綜放采場支架- -圍巖關(guān)系的新概念[ A].施的“松弛-加壓”可有效提高頂煤的破碎效果,進(jìn)2000年綜采放頂煤與安全技術(shù)研討會(huì)論文集而實(shí)現(xiàn)對頂煤弱化,提高工作面頂煤的回收率。[C].北京:煤炭工業(yè)出版社,2000.27-35.3結(jié)語[3]索永錄.綜放開采堅(jiān)硬頂煤預(yù)先爆破弱化技術(shù)基礎(chǔ)研究[D].西安:西安科技大學(xué),2004.(1)通過對401 102綜放工作面頂煤的冒放性分[4] 李化敏,周英,蘇承東.放頂煤開采支架受力測試析可知,該工作面頂煤屬于易冒放,在回采過程中不與分析「11.山東科技大學(xué)學(xué)報(bào), 2000, 19(2):需要進(jìn)行頂煤弱化。中國煤化工(2)“卸載移架”和“帶壓移架”兩種不同移架方Y(jié)HCNMHG.放頂煤工作面支架與圍式對頂煤破碎效果試驗(yàn)結(jié)果表明,“卸載移架"的移巖相互作用特點(diǎn)[ A].2000年綜采放頂煤與安全技術(shù)研討會(huì)論文集[C].北京:煤炭工業(yè)出版社,架方式對提高綜放工作面頂煤回收率是有利的。2000. 6.