低变质程度煤二次氧化自燃特性试验

为了控制复采工作面的自然发火,遏制二次氧化灾害的发生和发展,采用煤自燃程序升温试验系统对选取的榆树井褐煤、玉华长焰煤、安山不黏煤和黄陵1号弱黏煤4种低变质程度煤样进行二次氧化自燃特性试验研究。结果表明:煤自燃氧化反应前期,二次氧化煤样产生的CO浓度、耗氧速率和放热强度等自燃特性参数均高于一次氧化煤样产生的量;而煤自燃氧化反应后期,二次氧化煤样的自燃特性参数低于一次氧化煤样。反应后期裂解产生C2H4,且二次氧化煤样产生的气体浓度小于一次氧化煤样。二次氧化煤样的特征温度点均向前移动,低于一次氧化煤样,说明二次氧化煤样氧化性增强,自然发火的危险性增大。

二次氧化煤燃烧和灭火过程的实验研究

采空区遗煤属于二次氧化煤,遗煤自燃严重威胁着煤矿安全生产。氮气可作为灭火剂对遗煤自燃进行抑制。为研究氮气对二次氧化煤的影响,本文采用了热重分析和程序升温系统分别对升温过程和灭火过程进行了实验与分析。在升温过程中,随着氮气浓度的增加,特征温度均有所上升,氮气对二次氧化煤的燃烧具有抑制作用。在降温灭火过程中,以温度和指标气体CO浓度作为监测参数,对其灭火效果进行实验。分析发现,在程序升温到400℃的二次氧化煤中通入氮气与空气的混合气体,当氮气与空气的体积比为50%/50%时,较自然降温的时间节约了38.0%,CO浓度降至0所需的时间减少了42.1%。氮气浓度越高,二次氧化煤的灭火时间越快,生成的产物越少,灭火效果越好。

上榆泉煤矿采空区二次氧化煤体自燃特性试验研究

对上榆泉煤矿I031001综放工作面煤体二次氧化进行研究,结果表明:二次氧化煤样CO出现温度在49℃左右,其预测的温度应在194℃之前;二次氧化煤样C_2H_4和C_3H_6出现的温度分别在163℃左右和194℃左右,C_2H_4的出现可以视为煤的氧化进入加速氧化阶段的标志;C_3H_6的出现可以视为煤的氧化进入激烈氧化阶段的标志;二次氧化煤样C2H2初始产生的煤温在400℃左右,C2H2的出现表明煤已出现明火或阴燃。

上榆泉煤矿采空区二次氧化煤体自燃特性实验研究

对上榆泉煤矿I031001综放工作面煤体二次氧化进行研究,结果表明:二次氧化煤样CO出现温度在49℃左右,其预测的温度范围应在194℃之前;二次氧化煤样C2H4和C3H6气体出现的温度分别在163℃左右和194℃左右,C2H4气体的出现可以视为煤的氧化进入加速氧化阶段的标志;C3H6气体的出现可以视为煤的氧化进入激烈氧化阶段的标志;二次氧化煤样C2H2气体初始产生的煤温400℃左右,C2H2气体的出现表明煤已出现明火或阴燃。

不同粒径原煤、初次氧化煤与二次氧化煤氧化特性对比分析

为了揭示氧化对不同粒径煤结构的作用机理,采用电子自旋共振波谱仪(ESR)和傅里叶红外光谱(FTIR)技术分析5种粒径的原煤、初次氧化煤、二次氧化煤,研究氧化对煤分子自由基种类、自由基浓度和官能团含量的影响。结果表明:不同粒径煤样中自由基种类数(g因子)由大到小依次为初次氧化煤,二次氧化煤,原煤,自由基浓度由大到小依次为二次氧化煤,初次氧化煤,原煤,煤粒径越小,这种变化趋势越明显;煤粒径>0.124 mm时,C—O含量由大到小依次为二次氧化煤,初次氧化煤,原煤,煤粒径<0.124 mm时,则C—O含量由大到小依次为初次氧化煤,二次氧化煤,原煤;不同粒径煤样中脂肪烃含量由大到小依次为原煤,初次氧化煤,二次氧化煤,同时初次氧化煤与二次氧化煤脂肪烃含量的差值随粒径减小而逐渐减小。

不同预氧化程度焦煤CO_(2)冷却后自燃特性研究

针对利用惰性气体降低煤氧化性来解决煤自燃、复燃的问题,现有研究大多是对煤低温氧化过程及煤复燃过程进行相关实验,对惰性气体降温后煤二次氧化的自燃特性涉及较少。针对上述问题,以焦煤为例,通过低温氧化实验,探究不同温度氧化的焦煤经过CO_(2)冷却二次氧化的自燃特性。采用GC-4000A程序升温装置对焦煤进行预氧化(预氧化温度分别设为70,110,150℃),并对分别通入CO_(2)气体和干空气冷却至30℃后焦煤二次氧化过程中的耗氧速率、CO产生率、CO_(2)浓度和表观活化能进行分析。实验结果表明:预氧化温度相同时,与干空气冷却相比,通入CO_(2)冷却后的焦煤相关参数的变化规律基本一致,二次氧化初期,因预氧化焦煤吸附大量CO_(2),阻碍了煤与O_(2)接触,耗氧速率和CO产生率减小,表观活化能增大,焦煤的氧化性减弱;随着CO_(2)解析,CO_(2)冷却也影响预氧化焦煤的后期反应,使得预氧化焦煤整个反应过程自燃危险性降低。预氧化温度不同时,70℃和110℃预氧化焦煤前期CO_(2)吸附量小,导致耗氧速率、CO产生率和表观活化能未发生变化,150℃预氧化焦煤冷却至30℃时,CO_(2)吸附量增多,导致耗氧速率、CO产生率减小,表观活化能增大,需要的能量更多,煤氧反应更难进行,自燃危险性有所降低。因此,当煤矿井下发生煤氧化自燃危险时,需长时间通入CO_(2)来降低矿区启封复采时发生二次氧化复燃的可能性。