阳煤三矿15#煤层煤自燃特性的实验研究 阳煤三矿15#煤层煤自燃特性的实验研究

阳煤三矿15#煤层煤自燃特性的实验研究

  • 期刊名字:陕西煤炭
  • 文件大小:425kb
  • 论文作者:汪长明
  • 作者单位:中煤科工集团重庆研究院有限公司
  • 更新时间:2020-09-18
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论文简介

第2期汪长明阳煤三矿 15#煤层煤自燃特性的实验研究阳煤三矿15#煤层煤自燃特性的实验研究汪长明(中煤科工集团重庆研究院有限公司,重庆400037)摘要:通过对煤自燃特性进行实验研究,确定煤自燃等级、自燃预报指标性气体以及最短自然发火期,以此为依据制定矿井生产与防灭火安全技术措施,确保有煤自燃倾向的矿井安全高效生产。关键词:煤自燃特性;自燃预报;指标气体;最短自然发火期中图分类号:TD75*2.2文献标识码:A文章编号: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报标志性气体,并最终确定煤自燃倾向性等级和最0引言短自然发火期。综采放顶煤开采技术的广泛采用,使生产效率1阳煤三矿煤自然发火标志气体研究大幅提高,但这种采煤方法冒落高度大、采空区遗留煤多、漏风严重,使得采空区煤炭自燃危险性增大、1.1 阳煤三矿15#煤的自燃倾向性自然发火频繁1.21。通过对煤自燃特性进行实验研取样地点:阳泉三矿K8202工作面。究,确定煤自燃等级、自燃预报指标性气体以及最短实验煤样工业分析及自燃倾向鉴定结果见自然发火期,从而为制定矿井生产与防灭火安全技表1。术措施提供可靠依据。由工业分析及煤自燃倾向性等级鉴定可知,15#本文采用煤自燃升温氧化实验,依据阳煤三矿煤层煤的全硫含量为2.42% ,含硫量较高,增大了15#煤层K8202工作面煤样自燃特性实验结果,结煤自中国煤化工样的静态吸氧量为合类似条件综放面自燃预测预报的统计分析情况,MYHCNMH G和规范,吸氧量大于选取不同温度下的气体产物,作为现场自燃预测预0.7 cm'/g,即为容易自燃,因此判定煤样的自燃等级为容易自燃。而且,现场开展防灭火工作时,应加收稿日期:2014-11-14作者简介:汪长明(1971-),男,重庆永川人1997年毕业于中国矿强采空区、破碎顶板等自燃危险区域监测,加大矿井业大学,高级工程师,主要从事煤岩灾害防治相关工作。自燃防治力度,进行防灭火技术的综合应用,做好高陕西煤炭2015年瓦斯矿井煤层自燃防治工作。发展的程度有关,可以从中选取-.种或多种煤炭热表1工业分析及 自燃倾向等级鉴定结果解伴生气体,作为煤炭自燃早期预报的指标性气体。吸氧量研究表明,使用CO、C2H4及C2H2三个指标,综.工业分析/%6全硫真相对项目,自燃编号M。 Ag Vaut /% /drRDSi.ad密度/(cm3. g-')倾向性合地将煤自然发火分为三个阶段:①CO指标气体干煤是煤体自燃早期预测预报的良好指标,矿井风流中I类出现ppm级CO时,煤体处于缓慢氧化阶段,温度在2009 +0201 0.46 4.71 8.25 2.42 1. 401.13(容易自燃)50°C~1509C;②出现ppm级CO和C2H时的加速1.2自 然发火标志气体及预测指标氧化阶段;③出现ppm级C0C2H4和C2H2时的激煤炭自燃的早期预报是井防灭火技术的重要烈氧化阶段,此时温度一般大于250C,即将出现明组成部分。预测预报利用先进的检测技术早期发现火。应用这三个指标,不仅可预测火灾,而且还可判处于自热状态的煤炭,以便及时采取有效的技术措别其阶段 ,据此而采取不同的防灭火技术措施。施处理高温点或自热热源,把火灾消灭在萌芽状态。1.3煤样升温 氧化试验结果而预测指标的优选及指标值的确定是预测准确与否本实验应用CO C2H4及C2H2三个指标气体,得的关键,国内外学者对此做了大量的研究工作,提出出K8202工作面煤样升温氧化实验结果。升温氧了许多预测方法和指标。最常用的是测定矿内空气化过程中气体产 物及其浓度变化见表2,临界温度成份的变化,即氧浓度降低、自热或自燃的伴生气体为 170C。煤样最低温度、最高温度和进气温度对浓度增加。煤炭在热解过程中,会产生一些正常大应关系如图1。CO、C2H和C2H随时间变化曲线如气中不含或含量极低的煤炭热解伴生气体,如CO图2。和烃类气体等,这些热解伴生气体的生成量与热解表2煤样升温氧化过程中气体浓度及临界温度煤样及进气温度/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中国煤化工THCNMHG..计5652取样编号煤样最高温度/Tcmax图1 煤样最低温度最高温度和进气温度对应关系图2CO.C2H4和C2H2随时间变化规律第2期汪长明阳煤三矿 15#煤层煤自燃特性的实验研究从图1由一氧化碳与煤温变化关系可以看出,录,将同一煤层发生的各次自燃火灾逐- - 比较,以其15#煤均在温度1179时,开始出现CO,其CO浓度发火时间最短者作为该煤层的最短自然发火期,中为7.4ppm左右。当温度在1179C ~ 170C之间,CO间范围值作为- - 般自然发火期;②类比法。对于新气体含量增长较为缓慢,说明煤样氧化反应处于较建矿井,通过与煤层的自燃倾向性、地质赋存条件和为温和阶段,CO产生速率较慢,而且,空气温度Ta开采方法相似的生产矿井类比,估算煤层的自然发大于煤样温度Tx,说明外部向煤样供热,通过空火期。气对流等方式使煤样温度不断升高;当煤样氧化到在评价煤层自然发火危险性时,一般的方法是170°时,CO气体含量迅速增加,说明煤氧复合反应对其作自然发火倾向等级鉴定。然而,在现实过程处于较为剧烈的阶段,同时,煤样温度Tm.也达到中所确定的煤自然发火倾向等级与实际情况存在较170,说明煤氧复合反应进人自热加速阶段,即,煤大差异,因此,通过煤最短自然发火期评价煤的自然氧复合反应产生的热量大于逸散的热量,部分热量发火危险性已成为--种较可靠的方法。发生积聚从而使得煤样温度不断升高,说明了煤体本实验将绝热条件下煤从常温缓慢氧化、自热已经进人了快速氧化升温阶段,如果此时不采取措升温到加速氧化临界温度所需的时间计为煤层最短施,煤样很快就会燃烧起来。自然发火期。通过差示扫描量热法( DSC)测定煤样从图2可以看出,该矿煤样在氧化过程中有规比热、升温氧化实验确定煤样加速氧化临界温度,以律的出现CO CO2甲烷CH等三种气体,且三种气升温氧化实验中气体产物的浓度变化计算煤样的放体生成量均随煤温的升高而增大。热速率,根据建立的数学模型解算实验煤样的最短CO2的含量随温度升高总体上呈现上升趋势,自然发火期。且变化趋势与CO基本相同。但是易受井下各种外2.1煤最短自然发火期解算数学模型界环境的影响,难以判别气样中的CO2是否是由煤煤炭科学研究总院重庆分院采用升温氧化实验氧化产生的。所以二氧化碳气体的含量不能用做判方法,以煤氧复合作用的吸附放热和化学反应放热断自然发火早期发现的标志气体。作为煤自热升温、水份蒸发、瓦斯解吸的主要热源,因此,首选的自燃标志气体是CO。建立绝热条件下的热平衡方程,将常温到煤自然发火临界温度划分为若干温度段,计算不同温度时煤2煤最短自然发火期研究氧作用的放热速率,解算煤的自燃潜伏期,建立了煤自然发火期是表征煤炭自燃危险性的主要指标最短自然发火期解算数学模型4]。之一。自然发火期是指煤被剥离暴露于空气中,在由于煤在常温~363K温度段内的水分蒸发量最佳供氧、贮热条件下,煤体从常温上升到着火温度较小,所以近似认为水分的蒸发主要在363K ~ 393K所需要的时间。理论分析和生产实践证明,不同种温度段内完成。类的煤,由于其内部结构及物化性质不同,自然发火2.2煤层最短自然发火期实验结果期不同;同一煤层,不同通风供氧、蓄热、开采条件根据对不同温度条件下不同煤种煤样的比热进下,自然发火期也有很大差异,据统计,同一矿井最行的差示扫描量热分析测试实验室试验的结果,选长与最短自然发火期相差达1.9~ 10倍”。取以下比热数据对阳泉三矿K8202工作面煤样进传统的自然发火期确定方法有:①统计比较法。行自然发火期解算。如表3所示。针对生产矿井,对煤层的自燃情况作认真统计和记表3 不同温度条件下的煤样比热表项目编号中国煤化工2:455075)0fYHCNMHG351502009 402011.301.311.321.331. 341.361.371.391.40.1.41解算得阳泉三矿K8205工作面煤样实验最短自然发火期为23 d,解算过程见表4。8陕西煤炭2015年表4实验煤样最短 自然发火期计算表Vo2VcoVconv。编号/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)通过对煤样进行自燃特性实验,得到了自3结论燃倾向性、自燃指标气体和最短发火期等特性参数,(1)通过静态吸氧实验,确定阳泉三矿K8202.能够为现场煤自燃预测、预报和防灭火工作提供工作面煤样自燃倾向性等级属I类,为容易自燃,吸依据。氧量为1.13 cm'/g干煤。参考文献:(2)通过升温氧化实验,对比分析了CO、CO2、[1] 于海勇,吴健.放顶煤开采理论与实践[M].徐CH,等气体浓度随煤样温度的变化规律,首选的自州:中国矿业大学出版社, 1992. 11.燃标志气体是CO,可采用C0相对量和变化率为自2]胡社荣,蒋大成.煤层自燃灾害研究现状与防治对策[J].中国地质灾害与报,2000,11(4) :69-71.燃趋势预测预报指标,同时观察烯烃类气体浓度的[3]王 德明.矿井火灾学[ M].徐州:中国矿业大学出发展趋势,结合烯烃类气体综合预报自然发火。版社,2008.(3)根据煤样升温氧化试验结果,采用最短自[4]余明高,黄之聪,岳超平.煤最短自然发火期解算然发火期模型解算得煤样最短自然发火期为23d。数学模型[J].煤炭学报,2001 ,26(5):516-519.(下接第30页)对4*煤而言,支架上方的顶煤,在移架过程中支[1]宋振骐,赵经彻,陈立良.关于综采放顶煤安全开架的反复支撑对顶煤由裂隙煤到放煤口后成为松散采问题的认识[J].煤炭学报, 1995, 20(4):煤而顺利放出具重要作用。卸压移架方式对顶煤实256- 360.[2]吴健.综放采场支架- -围岩关系的新概念[ A].施的“松弛-加压”可有效提高顶煤的破碎效果,进2000年综采放顶煤与安全技术研讨会论文集而实现对顶煤弱化,提高工作面顶煤的回收率。[C].北京:煤炭工业出版社,2000.27-35.3结语[3]索永录.综放开采坚硬顶煤预先爆破弱化技术基础研究[D].西安:西安科技大学,2004.(1)通过对401 102综放工作面顶煤的冒放性分[4] 李化敏,周英,苏承东.放顶煤开采支架受力测试析可知,该工作面顶煤属于易冒放,在回采过程中不与分析「11.山东科技大学学报, 2000, 19(2):需要进行顶煤弱化。中国煤化工(2)“卸载移架”和“带压移架”两种不同移架方YHCNMHG.放顶煤工作面支架与围式对顶煤破碎效果试验结果表明,“卸载移架"的移岩相互作用特点[ A].2000年综采放顶煤与安全技术研讨会论文集[C].北京:煤炭工业出版社,架方式对提高综放工作面顶煤回收率是有利的。2000. 6.

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