煤炭自燃特性与指标气体的优选

第35卷第2期煤矿安全2004年2月安全技术.文章编号:1003 - 496X( 2004 )02 - 0010- 03煤炭自燃特性与指标气体的优选谢振华|金龙哲' ,任宝宏”( 1.北京科技大学土木与环境工程学院北京100083 2.大屯能源股份公司江苏沛县221611 )摘要:在论述煤炭 自燃特性的基础上,设计了煤炭自燃过程模拟实验装置对不同粒度煤样在不同温度下产生CO、CO2等气体的浓度进行了测定。分析了CO、CO2等气体浓度和CO温升率随温度的变化规律讨论了自燃指标气体的选择。研究结果对煤矿火灾的预测预报和防治具有指导作用。关键词煤炭自燃指标气体预测预报煤温中图分类号:TD75+2.1文献标识码:B煤炭自燃是煤矿生产过程中的重大灾害之很强的隐蔽性,因此给煤炭自燃的预测预报和防一,它使煤炭资源和国家财产遭受重大损失并威灭火工作带来很大困难1。本文研究了煤炭自燃胁着工人的生命安全。煤炭自燃大都发生在采动的特性根据实验结果对预报煤炭自燃的指标气后的空间或受采动影响而被压裂的煤柱内具有体进行了优选。实际配风829m/min在采至Fs断层附近及过断点附近，采取有力措施抓好瓦斯治理,使用高安层中出现瓦斯涌出异常现象。在下平巷安装抽全性能炸药杜绝电器失爆。出式风机的情况下最高时工作面回风流中瓦斯( 4 )加强局部通风管理掘进工作面采用大功浓度达到0.37% ,下隅角瓦斯浓度达1.14% ,瓦率对旋式局部通风机、大直径风筒增加掘进工作斯绝对涌出量3.07 m3/min。该面共揭露7条断面的风量有效冲淡瓦斯涌出异常浓度。(5 )加瓦斯管理缩小循环进尺,循环进尺不得超过800mm，改变支护方式,用螺纹钢锚杆支52 煤层瓦斯治理措施护并随后喷浆,减少煤层暴露面积，以减少瓦斯通过分析基本摸清了煤层中瓦斯赋存情况释放量。和涌出规律，为防治瓦斯技术提供了的科学数据。(6)考虑今后在预测高瓦斯区采用提前预抽为低瓦斯矿井开采瓦斯涌出异常地点制定瓦斯措施抓好瓦斯提前治理工作。防治技术措施找到了有效的理论依据。根据预测通过预测预报工作提前制定安全措施做到瓦斯分布情况,瓦斯治理主要采取的措施为:提前预防加强装备和技术管理防治瓦斯积聚,( 1 )搞好瓦斯涌出预测工作对瓦斯预测赋存杜绝重大事故发生。较高的区域提前提出治理方案,向斜轴部两侧施工时落实好防范措施。作者简介李鹏(1071-),993年毕业于淮南矿业(2增大工作面的风量同时安装专用抽出式中国煤化工-通三防”安全生产技术局部通风机,有效抽排上隅角瓦斯,防治瓦斯积MYHCNMHG任新汶矿业集团公司通防处总工程师。聚。(3向斜轴两翼复杂、断层为高角度正断层地. (收稿日期2003-09- 12责任编辑齐秀昆)10.煤矿安全2004年2月第35卷第2期实验装置如图1所示,它包括供气系统、程序煤炭自燃的特性升温系统和气样分析系统3部分。煤炭自燃的发生和发展是. -个极其复杂的动程序升温箱态物理化学变化过程是煤氧复合作用的结果是仪氧化反应的自发产生、热量逐渐积聚并最终引起煤样燃烧的过程。煤与空气接触后,首先发生煤体对n风压泵色谱仪流量计氧的物理吸附,之后发生煤氧化学吸附和化学反空气预热管应(2)。.产生物理吸附的作用力是分子间力,即范德图1 煤样自燃过程模拟实验装置华力。煤体可以同时吸附多种煤体间的气体如O2、CH、N2、CO2等,在吸附时放出物理吸附热。(1 )烘气系统。包括高压空气瓶、减压阀、流物理吸附- -般是可逆的吸附速度较快易于达到量控制阀及显示仪表并用钢管依次连接。吸附平衡状态。随着温度的升高吸附速度降低，(2程序升温系统。包括恒温箱及程序升温脱附速度加快。控制设备箱内安装螺旋形预热管和试样罐温度产生化学吸附的作用力是化学键力。在化学控制精度为0.1C。吸附的过程中可以发生电子的转移、原子的重排、(3)气样分析系统包括取样管和分析仪器。化学键的破坏与形成等过程。化学吸附有明显的2.2实验条件及实验方法选择性且只能形成单分子吸附层。化学吸附与在大屯能源股份有限公司姚桥煤矿和徐庄煤固体表面上发生的一般化学反应很类似反应放矿的7"和8*煤层取样用球磨机粉碎煤样筛分出的热量较大与化学反应热的数量级基本相同。得到<0.3 mm.0.3~2 mm.2~6 mm6~ 10 mm4化学吸附的作用力较强是不可逆的。温度越高，种粒度试样。化学吸附的速度越快。实验时将每种试样装进试样罐连接气体管化学反应是煤体与吸附在表面的O2分子发路打开空气阀门调节流量为90 m/min然后开生化学反应,并生成一定的氧化产物,如CO、烷始加热试样。每隔10c取气样用气相色谱仪分烃、烯烃等。化学反应会引起煤表面结构和空间析气样成分及浓度。结构的变化其内能也会随之变化并放出热量。.3实验结果分析与自燃指标气体的优选煤结构的变化影响着整个物理化学变化的进程。在煤氧复合过程中煤在低温下与氧的作用在实验中测定了各试样在不同温度下的CO、最初以物理吸附为主物理吸附达到平衡后则以CO2<0.CH.CH的浓度值。通过分析可以优化学吸附为主并进一步发生化学反应。 随着温选出预测预报煤炭自燃的指标气体。度的升高化学吸附和化学反应速度加快煤的吸近年来国内外对煤炭自燃的预测预报技术氧量增加煤温持续上升引起自燃。进行了大量的研究。及时、准确的煤炭自燃早期由上述煤炭自燃的过程可知煤的吸氧量、反预报,可达到防止火灾或减少火灾损失的目的。应产生的气体和煤温之间存在密切的关系通过目前煤炭自燃早期预报方法主要有标志气体分实验发现煤炭自燃的特性就能优选出预测煤炭析法和温度检测法2种其中气体分析法是国内.自燃的指标气体。广泛使用的一种方法。2煤炭自燃特性实验中国煤化工确定为了研究煤炭的自燃特性我们设计了煤炭MHCNM H种类及其与煤温的对自燃过程模拟实验装置并对大屯能源股份有限应天系随煤质不同血异因此利用气体分析法来预报煤炭自燃时指标气体应满足如下条件:公司的煤样进行了试验。(1可检测性。普通色谱分析仪能检测到指2.1实验装置11 .第35卷第2期煤矿安全2004年2月标气体的存在。40(2 )敏感性高。当煤炭氧化且煤温超过一定, 35值时指标气体-定出现 并随煤温的升高其产生: 30225量稳定增加。好20(3 )规律性好。指标气体的浓度与煤温之间$ 15应有良好的对应关系并且对同- -煤层重复性较只18好(3]。0020406080100 120 140由实验数据可知,各煤样在氧化过程中都有规律地出现CO、C2H4、C2H63种气体。徐庄煤矿图3姚桥煤样煤温 与Co温升率的关系8#煤层试样CO、C2H、C2H6气体含量与煤温关系如图2所示。危险性也越大。CO 温升率连续迅速增大，说明煤0r1 30开始自燃,应及时采取措施防止自燃的扩大。4 25。由实验还可知随着温度的升高各煤样的耗20x氧量也随之增加。说明随煤温的升高煤氧间由8 12物理吸附变化到化学吸附最后发生化学反应。CHs10吉4结论一个30 6090 120 150 180 220( 1 )煤炭自燃是煤氧复合的结果引起煤炭自1/C燃的主要原因是煤的化学吸附和化学反应。(2 )CO、CO2、C2H4气体的产生量,CO温升率图2徐庄煤样煤温 与CO、CH、C2H,气体含量的关系均随煤温升高而增大。由图2可以看出,CO、C2H4的生成量随煤温(3)在选取煤炭自燃指标气体时应根据各矿的升高而增大。C2H4 在110~ 120C时出现，说明具体情况而定。大屯煤可使用Co和C2H作为此时煤氧发生了较强的化学反应。CO在低温时煤炭自燃预测预报的指标气体。煤在70~ 80C生成量较小,但在70~ 809时迅速增长,此时煤时已开始迅速氧化在110~ 1209时出现C2H。已开始迅速氧化。C2H6 在30C时就存在,在190(4 )从CO温升率数值可判断煤炭自然发火~ 200C时达到最大,随后开始下降。这表明的程度。当CO温升率持续增大时应采取防灭C2H6不完全是煤裂解和氧化产生,煤对C2H6的火措施。裂解吸附占很大部分。因此,大屯煤可采用CO .参考文献:作为煤炭自燃预测预报的主要指标气体,C2H4 作[1] 周心权矿井火灾救灾理论与实践[M].北京煤炭为辅助指标气体而C2H6不能作为指标气体。工业出版社,1996.3.2 CO 温升率分析[2]程远平李增华.煤炭低温吸氧过程及其热效应[ J].从实验结果可以看出,CO在30公时就出现,中国矿业大学学报,1999 28( 4 )310-313.而且随煤温的变化较大,因此,用CO来预报煤炭[3] 邵辉.浅析煤炭自燃指标气体的优选与使用[ J].自燃时,应防止误报和漏报，以免造成经济损失和煤炭科学技术,1996 249)43-46.自燃火灾。要检测到CO出现后,应 继续加强检测,同时测定煤体温度,计算CO温升率,作出CO中国煤化工)男副教授现在北京科温升率与煤温的关系曲线。例如姚桥煤矿8#煤.MHCN MH事安全技术及工程的教学层试样CO温升率与煤温关系曲线如图3所示。和科研⊥作。由图3可知,CO温升率越大则说明温度的(收稿日期2003-09- 12责任编辑郭瑞年)变化对CO的产生率影响增大煤炭自然发火的12.