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(biāo)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(chǔ)上,設(shè)計(jì)了煤炭自燃過程模擬實(shí)驗(yàn)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(guī)律討論了自燃指標(biāo)氣體的選擇。研究結(jié)果對煤礦火災(zāi)的預(yù)測預(yù)報(bào)和防治具有指導(dǎo)作用。關(guān)鍵詞煤炭自燃指標(biāo)氣體預(yù)測預(yù)報(bào)煤溫中圖分類號:TD75+2.1文獻(xiàn)標(biāo)識碼:B煤炭自燃是煤礦生產(chǎn)過程中的重大災(zāi)害之很強(qiáng)的隱蔽性,因此給煤炭自燃的預(yù)測預(yù)報(bào)和防一,它使煤炭資源和國家財(cái)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(shí)驗(yàn)結(jié)果對預(yù)報(bào)煤炭自燃的指標(biāo)氣后的空間或受采動影響而被壓裂的煤柱內(nèi)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(xiàn)瓦斯涌出異?，F(xiàn)象。在下平巷安裝抽全性能炸藥杜絕電器失爆。出式風(fēng)機(jī)的情況下最高時(shí)工作面回風(fēng)流中瓦斯( 4 )加強(qiáng)局部通風(fēng)管理掘進(jìn)工作面采用大功濃度達(dá)到0.37% ,下隅角瓦斯?jié)舛冗_(dá)1.14% ,瓦率對旋式局部通風(fēng)機(jī)、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800mm，改變支護(hù)方式,用螺紋鋼錨桿支52 煤層瓦斯治理措施護(hù)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(xué)數(shù)據(jù)。(6)考慮今后在預(yù)測高瓦斯區(qū)采用提前預(yù)抽為低瓦斯礦井開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(jù)。根據(jù)預(yù)測通過預(yù)測預(yù)報(bào)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(yù)防加強(qiáng)裝備和技術(shù)管理防治瓦斯積聚,( 1 )搞好瓦斯涌出預(yù)測工作對瓦斯預(yù)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(shí)落實(shí)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(fēng)量同時(shí)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(fēng)機(jī),有效抽排上隅角瓦斯,防治瓦斯積MYHCNMHG任新汶礦業(yè)集團(tuán)公司通防處總工程師。聚。(3向斜軸兩翼復(fù)雜、斷層為高角度正斷層地. (收稿日期2003-09- 12責(zé)任編輯齊秀昆)10.煤礦安全2004年2月第35卷第2期實(shí)驗(yàn)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(gè)極其復(fù)雜的動程序升溫箱態(tài)物理化學(xué)變化過程是煤氧復(fù)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(fēng)壓泵色譜儀流量計(jì)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(yù)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(shí)驗(yàn)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(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(dá)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。控制設(shè)備箱內(nèi)安裝螺旋形預(yù)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?；瘜W(xué)鍵的破壞與形成等過程?；瘜W(xué)吸附有明顯的2.2實(shí)驗(yàn)條件及實(shí)驗(yàn)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(yīng)很類似反應(yīng)放礦的7"和8*煤層取樣用球磨機(jī)粉碎煤樣篩分出的熱量較大與化學(xué)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(xué)吸附的作用力較強(qiáng)是不可逆的。溫度越高，種粒度試樣。化學(xué)吸附的速度越快。實(shí)驗(yàn)時(shí)將每種試樣裝進(jìn)試樣罐連接氣體管化學(xué)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(xué)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?；瘜W(xué)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(shí)驗(yàn)結(jié)果分析與自燃指標(biāo)氣體的優(yōu)選煤結(jié)構(gòu)的變化影響著整個(gè)物理化學(xué)變化的進(jìn)程。在煤氧復(fù)合過程中煤在低溫下與氧的作用在實(shí)驗(yàn)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(dá)到平衡后則以CO2<0.CH.CH的濃度值。通過分析可以優(yōu)化學(xué)吸附為主并進(jìn)一步發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。 隨著溫選出預(yù)測預(yù)報(bào)煤炭自燃的指標(biāo)氣體。度的升高化學(xué)吸附和化學(xué)反應(yīng)速度加快煤的吸近年來國內(nèi)外對煤炭自燃的預(yù)測預(yù)報(bào)技術(shù)氧量增加煤溫持續(xù)上升引起自燃。進(jìn)行了大量的研究。及時(shí)、準(zhǔn)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(yù)報(bào),可達(dá)到防止火災(zāi)或減少火災(zāi)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(yù)報(bào)方法主要有標(biāo)志氣體分實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)煤炭自燃的特性就能優(yōu)選出預(yù)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(biāo)氣體。廣泛使用的一種方法。2煤炭自燃特性實(shí)驗(yàn)中國煤化工確定為了研究煤炭的自燃特性我們設(shè)計(jì)了煤炭MHCNM H種類及其與煤溫的對自燃過程模擬實(shí)驗(yàn)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(yù)報(bào)煤炭自燃時(shí)指標(biāo)氣體應(yīng)滿足如下條件:公司的煤樣進(jìn)行了試驗(yàn)。(1可檢測性。普通色譜分析儀能檢測到指2.1實(shí)驗(yàn)裝置11 .第35卷第2期煤礦安全2004年2月標(biāo)氣體的存在。40(2 )敏感性高。當(dāng)煤炭氧化且煤溫超過一定, 35值時(shí)指標(biāo)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(biāo)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(fù)性較只18好(3]。0020406080100 120 140由實(shí)驗(yàn)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(xiǎn)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(shí)采取措施防止自燃的擴(kuò)大。4 25。由實(shí)驗(yàn)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(xué)吸附最后發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。CHs10吉4結(jié)論一個(gè)30 6090 120 150 180 220( 1 )煤炭自燃是煤氧復(fù)合的結(jié)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(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(biāo)氣體時(shí)應(yīng)根據(jù)各礦的升高而增大。C2H4 在110~ 120C時(shí)出現(xiàn)，說明具體情況而定。大屯煤可使用Co和C2H作為此時(shí)煤氧發(fā)生了較強(qiáng)的化學(xué)反應(yīng)。CO在低溫時(shí)煤炭自燃預(yù)測預(yù)報(bào)的指標(biāo)氣體。煤在70~ 80C生成量較小,但在70~ 809時(shí)迅速增長,此時(shí)煤時(shí)已開始迅速氧化在110~ 1209時(shí)出現(xiàn)C2H。已開始迅速氧化。C2H6 在30C時(shí)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(shí)達(dá)到最大,隨后開始下降。這表明的程度。當(dāng)CO溫升率持續(xù)增大時(shí)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(xiàn):作為煤炭自燃預(yù)測預(yù)報(bào)的主要指標(biāo)氣體,C2H4 作[1] 周心權(quán)礦井火災(zāi)救災(zāi)理論與實(shí)踐[M].北京煤炭為輔助指標(biāo)氣體而C2H6不能作為指標(biāo)氣體。工業(yè)出版社,1996.3.2 CO 溫升率分析[2]程遠(yuǎn)平李增華.煤炭低溫吸氧過程及其熱效應(yīng)[ J].從實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出,CO在30公時(shí)就出現(xiàn),中國礦業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào),1999 28( 4 )310-313.而且隨煤溫的變化較大,因此,用CO來預(yù)報(bào)煤炭[3] 邵輝.淺析煤炭自燃指標(biāo)氣體的優(yōu)選與使用[ J].自燃時(shí),應(yīng)防止誤報(bào)和漏報(bào)，以免造成經(jīng)濟(jì)損失和煤炭科學(xué)技術(shù),1996 249)43-46.自燃火災(zāi)。要檢測到CO出現(xiàn)后,應(yīng) 繼續(xù)加強(qiáng)檢測,同時(shí)測定煤體溫度,計(jì)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(xué)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(zé)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.