采空区隐蔽火源探测及声学法煤温感知新技术探讨

为精准判定采空区等地下隐蔽火区高温点的位置和范围,综述现有采空区煤自燃温度探测技术,重点总结和分析红外探测法、分布式光纤测温法、指标气体探测法、热电偶测温技术以及同位素测氡法等煤层测温手段的研究进展与技术瓶颈,着重研究声学法测温的技术原理及实现方式;结合分层建模和插值建模的优点,探讨声学测温技术在采空区松散煤体煤温反演探测应用中的可行性。结果表明:受限于煤层赋存及开采方式等煤矿现场的实际情况,准确反演和精确定位采空区等隐蔽火源高温点和位置的探测方法和装备技术有待进一步发展;声学法探测松散煤体自燃温度的基本原理、传播衰减规律、温度场重构模型及其关键特征参量需进一步准确获取;综合考量声学测温技术原理和实现过程,该技术适用于采空区松散煤体自燃火区的环境特征,有望成为采空区隐蔽火源位置精准探测发展前景良好的探测方法。

声发射信号研究进展及其在煤温感知领域应用前景

声发射信号已广泛应用于冲击地压、煤与瓦斯突出及顶板大面积来压等动力灾害预测预报、地应力测试、岩体稳定性评价等领域。借鉴声发射技术成熟的监测原理和有效的测试手段,也可快速检测煤岩体中温度等特征参数,并有望应用于矿井煤自燃灾害精准探测领域。通过文献调研,分析、归纳和阐述了声发射信号在非均介质、多孔介质以及煤岩体内传播时的畸变特征和传播衰减影响规律的研究进展及其应用,其主要是通过数值模拟、数学建模、特征变量控制试验,并结合声波传播理论进而研究非均介质、多孔介质及煤岩体内声发射信号传播特性和响应参数,并将研究结果应用于损伤检测、仓储粮食温度监测、矿山动力灾害预测预报等领域。重点梳理了声发射信号在不同煤岩体内的传播特性及影响因素,主要包括:不同瓦斯含量、含水率和压力载荷下的煤岩体。研究并总结了声发射信号的处理与分析方法,受制于矿井下煤自燃隐患发生时会加热煤岩体及周围环境空气,产生“燃烧音”的同时也会伴有一定的环境噪音,为推进声发射信号处理与分析技术进一步完善和系统化,将声发射信号特征参数处理分析与小波分析、声波滤除算法等理论有机结合,提出了构建声发射信号特征参数分析与提取算法技术思路来处理声信号。声发射信号在煤岩体内传播过程中,受煤岩体物理性质、煤种、瓦斯含量、含水率等多因素影响,尤其是在松散煤体内传播过程中,还会受到煤自燃形成的非均匀温度场、煤体块度、煤自燃气体组分浓度、松散煤体空隙特征等因素影响。结合声学和煤自燃理论,展望了声发射信号在煤体温度监测和煤自燃灾害预警领域的应用前景,其途径包括针对煤岩体内声发射信号的传播衰减特征开展试验模拟与数值仿真,以及理论分析与建模,以进行温度反演与非均温度场重建,为解决采空区等隐蔽空间火源精准探测难题提供新的思路。

煤自燃单一指标气体浓度与煤温对应关系的实验研究

为了利用温度来对煤体自燃进行预测预报,根据煤分子结构及其化学活性基团,煤温达到一定的温度阶段就会有相应的指标气体出现,为此,通过气体指标,可以判定自燃煤的温度和其自燃程度。

根据煤温快速评定工作面附近地带突出危险性和瓦斯含量依据

利用传统评定突出危险性的方法都存在着一定的危险性，因此根据煤温．陕速评定是最好的方法。一些国家的学者研究证明：从抽放瓦斯的一个方面，显著地煤变凉，其变凉的程度取决于解吸沼气的数量和解吸速度；从另一个方面，由于人工加载形成的应力增加，在开采过程中煤层温度可能增高。

炼焦煤干燥过程中煤温与水分的变化规律

为研究炼焦煤在干燥过程中对煤质的影响,考察了配合煤在107~300℃干燥过程中煤温与水分的变化情况,发现在加热过程中煤温首先快速上升,然后进入一个平台期,最后接着升温,而水分则是呈指数下降趋势。对干燥完的试样做粘结指数,发现与原样相比煤质并未改变,表明在加热过程中通过控制水分可达到保证炼焦煤煤质不变。同时,做了配合煤的煤质变化临界温度,结果显示当煤温到达140℃以上时,粘结指数开始有明显下降。

煤体自热氧化气体生成量与煤温的耦合变化规律研究

为了分析采空区遗煤在自然过程中释放有害气体生成成分、浓度与煤温的耦合变化规律,选取大宁煤矿205工作面煤样进行绝热氧化试验,测定了氧化过程产生的不同气体浓度和煤温,建立了有害气体生成量与煤温的定量关系函数。试验结果表明,煤自热氧化时,O^(2)浓度与煤温呈线性下降关系,CO、CO^(2)、烷烃、烯烃气体生成量与煤温呈二次函数增加关系,煤体处于缓慢氧化阶段;当煤温小于103.6℃时,O^(2)消耗率与气体生成量较缓慢,煤温大于103.6℃时,O^(2)消耗率与气体生成量急剧增加,煤体处于加速氧化阶段。为采空区有害气体治理和防止自然发火提供理论依据。

煤的温压吸附试验方法与等温吸附试验方法比较研究

为了研究煤的温压吸附试验方法在煤层气吸附方面的可行性,本文对煤的温压吸附试验方法与煤的高压等温吸附试验方法进行了比较研究。分别取12个、10个、8个、和6个温压吸附试验点作为四组不同温度和相应不同压力作为温压吸附试验点,记为V_(实测)。使用温度-压力-吸附方程(Temperature-Pressure-AbsobingEquation(TPAE)),将方程转化为二元一次方程后进行线性回归计算其余三个参数,将所得的四个参数记为V_(计算)。通过计算_(实测)与V_(计算)之间的平均相对误差和标准偏差以衡量温压吸附试验方法的可行性。

程序升温条件下煤炭自燃特性

通过程序升温实验研究了煤炭的自燃特性,测定了不同粒度煤样在不同温度下产生CO,CO2等气体的浓度.讨论了指标气体的选择,分析了CO,CO2等气体浓度随温度的变化规律,得到了耗氧速度与煤温及煤体粒度的关系.结果表明,煤体粒度越小,温度越高,则煤氧复合的强度越大.本实验的研究结果对煤矿火灾的防治具有指导作用.

中温煤沥青制粉工艺的研究

对以中温煤沥青为原料制备煤沥青粉的工艺进行了研究,采用冷冻粉碎、添加表面活性剂的方法制得了粒度≤200目、能在室温稳定储存的煤沥青粉,并考察了原料冷冻温度、粉碎时间、储存时间及温度、添加表面活性剂等因素对煤沥青粉稳定性及热值的影响。

基于改进鲸鱼算法优化BP神经网络的煤自燃预测研究

为实现煤自燃的高效预测预警,提出了一种改进鲸鱼优化算法结合BP神经网络(MSWOA-BP)的煤自燃温度预测模型。根据煤自燃升温实验进行了模型算法的有效性验证,进一步对比分析了粒子群优化(PSO-BP)模型、灰狼优化(GWO-BP)模型及标准鲸鱼优化(WOA-BP)模型的预测效果和性能,结果显示,MSWOA-BP、GWO-BP、WOA-BP和PSO-BP模型预测结果训练阶段平均百分比误差(MAPE)为1.7359%、2.6518%、6.1655%、6.5701%,测试阶段MAPE为3.0393%、6.0723%、6.7341%、7.6035%,表明MSWOA-BP预测模型具有更高的预测精度和稳定性。应用MSWOA-BP模型进行煤矿现场的温度预测,得到预测温度与现场实测温度的相对误差为2.3%~12.1%,实现了煤矿井下温度的快速预测,可为实现煤自燃的高效预测预警提供一种新方法。

中温煤沥青为黏结剂制备铝用冷捣煳

以中温煤沥青和蒽油为混合黏结剂,电煅煤为骨料,制备了铝用冷捣糊。采用万能试验机、电阻率仪和扫描电镜-能谱仪等仪器检测了制备糊料的性能。结果表明:混合黏结剂占糊料的15%时,制备的冷捣糊综合性能最好,捣固温度为20±5℃,合适的钠渗透深度(7.8 mm),抗压强度(24.58 MPa)达到我国通常标准,由于无石墨质原料,电阻率(148.3μΩ·m)高于我国通常标准。

中温煤沥青甲苯不溶物等4项指标的近红外预测模型的建立

采用仪器所配的积分球分析模块采集了中温煤沥青样品的近红外漫反射光谱图,采用一阶导数(SG1D)、标准正态变化(SNV)等方法对所得的原始光谱进行了预处理。分别采用GB/T2292-2018、GB/T 2293-2019、GB/T 2294-2019、GB/T 8727-2008测定了样品的甲苯不溶物(TI)含量、喹啉不溶物(QI)含量、软化点和结焦值等4项指标。以4项指标的光谱数据为自变量,测定值为因变量,采用偏最小二乘法(PLS)分别建立了测定值与光谱数据的预测模型。结果表明:4项指标的预测值和测定值的相关性较好,决定系数(R2)分别为0.82,0.79,0.71,0.96,校正均方根误差(RMSEC)分别为0.48%,0.35%,1.11℃,0.35%,预测均方根误差(RMSEP)分别为0.59%,0.45%,1.10℃,0.52%,模型具有较好的预测能力,可满足煤沥青制成过程质量控制的需求。

中温和高温煤沥青的组成结构与性质

深入分析了新疆哈密淖毛湖中温煤沥青(CTPZ)和陕西榆林高温煤沥青(CTPG)的元素组成、热稳定性、微晶结构、分子结构特征等,选用Flynn-Wall-Ozawa法计算其热解活化能,对其甲苯可溶物和热聚合后试样的甲苯可溶物进行了GC-MS分析。结果表明,CTPZ和CTPG的H/C原子比分别为1.005和0.510,O/C原子比分别为0.062和0.015;CTPZ的热解反应更加剧烈,轻组分逸出更快,热稳定性差,最终残炭率分别为16.03%和38.47%,CTPZ仅为CTPG的42%;在210~390℃,平均热解活化能分别为84.24和104.47 kJ/mol;芳香片层间距分别为0.404和0.356 nm,分别比石墨的芳香片层间距0.340 nm高出18.82%和4.71%,前者芳环上连有烷烃侧链和非平面结构的环烷烃更多,芳环层间有序性更差;CTPZ以正构长链烷烃为主,C20~C28相对含量超过50%,鉴于CTPZ正构烷烃的相对含量超过50%,且碳链长度在石蜡油的要求之内,故可分离制备石蜡油,而CTPG以芳烃为主,相对含量超过70%,其中,荧蒽类物质相对含量约达40%。热聚合结果表明,CTPG热聚合0.5 h,达到改质沥青一级品标准,宜做改质沥青原料,而CTPZ热聚合长达6 h,喹啉不溶物QI、结焦值CV和软化点SP等仍远离标准。经对热聚后试样进行GC-MS分析发现,CTPG中多环芳烃含量增加,表明其发生的是芳烃缩聚反应,而CTPZ中链状烷烃含量增加,表明其发生的是芳烃侧链部分的裂解反应。

柠条塔煤矿N1203工作面采空区温度异常探测研究

对柠条塔井田内影响测氡法精度的相关因素进行了详细分析,从而对柠条塔煤矿N1203工作面进行了火区火源探测,探明了隐蔽高温区和氧化区的具体位置,推断确定活火区火源具体位置,为下一步灭火设计和治理工作提供了可靠的依据。

磺化中温煤沥青的制备及表征

以浓硫酸为磺化剂对中温煤沥青进行磺化,并对磺化沥青的水溶性、分子结构、微观结构和热稳定性进行了表征。结果表明:对中温沥青进行磺化能增加产品的水溶性,水溶物含量为98.8%;在磺化沥青红外谱图的1130cm-1处出现了强吸收峰,说明在浓硫酸的作用下,在芳香族化合物的芳环上会引入磺酸基团,发生磺化反应,分子中含有较多的杂原子的官能团,如羟基、羧基、磺酸基等。偏光显微镜图片显示磺化沥青具有光学各向同性。热失重区域出现了三个阶段:70-180℃失重的主要原因是沥青中轻组分的挥发;200-350℃失重的主要原因是沥青中部分小分子的分解;430-570℃失重的主要原因是沥青中官能团脱除。

中温煤沥青与肥煤对焦炭微观性质的影响

以煤焦油沥青或肥煤为黏结剂,在实验室条件下,与气煤以及不同粒度的焦粉、无烟煤和瘦煤等惰性物相互配合炼制坩埚焦,对所得焦炭进行光学组织、显微强度(MSI)、结构强度(SSI)测试,研究沥青和肥煤对焦炭微观性质的影响。结果表明,随着惰性物粉碎细度的增加,所得焦炭的MSI、SSI、光学各向异性指数(OTI)均呈现出增大的趋势;且配加中温煤焦油沥青所得焦炭的MSI、SSI、OTI均比配加肥煤的焦炭好。说明实验条件下的中温煤沥青比肥煤更有利于改善焦炭的微观性质。

煤站综合信息管理平台方案的构建研究

以国能销售集团有限公司山西煤炭采购中心神池南站为研究对象,进行了煤站综合信息管理平台方案的构建和应用研究。煤站综合信息管理平台主要包括收发货管理系统、煤温监测系统、车号自动识别系统、空车异物监测系统、重车装载状态监测系统、站台全方位视频监控系统和人员定位系统。实践应用效果表明,该平台有效提高了神池南站煤炭外运系统的自动化和智能化程度,减员增效效果显著。

正交设计法研究中温煤沥青磺化工艺

以浓硫酸为磺化剂对中温煤沥青进行磺化改性。采用硫酸钡沉淀法测其磺化度。通过考察反应温度、反应时间和磺化比对磺化度的影响并通过正交实验获得最佳工艺参数：反应温度70℃，反应时间5h，磺化比1．8，该条件下合成产物的磺化度达13．28％，水溶物含量为98％。

多喷嘴水煤浆气化炉堵渣原因及原料煤粘温特性研讨

多喷嘴水煤浆气化炉堵渣的原因主要包括:渣口处温度不合理,灰渣流动性较差,渣口压差出现变化。有必要加强其粘温特性研究,合理确定炉温上限和下限,并掌握气化炉操作弹性。同时为预防多喷嘴水煤浆气化炉堵渣,需要认真分析堵渣的原因,加强煤质控制并使用优质煤,合理确定水煤浆配合比,并科学确定气化炉操作温度。

采用蒽油替代煤焦油降低中温煤沥青软化点

在石墨材料浸渍过程中 ,对使用的煤沥青浸渍液 ,分别采用了加入煤焦油、蒽油溶剂来降低软化点。并对浸渍后的石墨材料制品进行理化性能检验。