煤自燃气体特征及其对瓦斯爆炸下限影响实验研究

现有研究大多从煤自燃单组分气体或部分组分混合气体角度对瓦斯爆炸极限进行分析,而对煤自燃过程中不同阶段产生的混合气体对瓦斯爆炸极限的影响分析不足,对煤自燃与瓦斯爆炸的耦合致灾开展的实验研究较少。针对上述问题,通过模拟煤自燃实验装置研究了煤自燃过程中气体生成特征规律;采用20L球形爆炸装置对瓦斯混合煤自燃各个阶段生成气体进行实验,研究了煤自燃气体对瓦斯爆炸下限的影响。实验结果表明,实验煤样自燃过程中产生的可燃性气体主要为CH4,CO,C2H4,C2H6,C2H2等,其中CH4和CO体积分数最高,最高体积分数分别为0.75%和0.37%;煤自燃不同阶段产生的可燃性气体含量随自燃时间的增加和温度的升高均呈现增大趋势,煤自燃加热初期,温度小于80℃主要产生了CH4,CO可燃性气体,CO可以作为煤自燃缓慢氧化阶段的标志气体;随着自燃时间的持续,温度超过80℃后,开始产生C2H4和C2H6,随后逐渐产生C3H8气体,C2H4的出现表明煤氧化进入了加速阶段;煤氧化自燃后期,大约到220℃时出现C2H2,此时煤进入激烈氧化阶段;低体积分数的CO能抑制瓦斯爆炸,高体积分数CO能促进瓦斯爆炸,导致爆炸压力变大,爆炸下限降低;煤自燃过程中产生的混合气体增大了瓦斯爆炸压力,爆炸下限最大降低了0.55%,瓦斯爆炸的危险性变大。

矿井煤自燃灾害监测预警技术及发展趋势

以降低矿井火灾的发生率为目标,梳理了矿井煤自燃灾害现有监测预警技术的发展现状,总结了现有技术的局限性和不足,指出未来发展应注重先进监测技术的应用、预测技术准确性的提升、预警系统和智能化管理的发展等。针对矿井煤自燃灾害隐蔽性、持续性、扩散性和难以控制的特点,提出矿井煤自燃灾害监测预警技术未来发展方向:提升煤自然发火临界值确定方法的综合性,利用新兴设备和先进技术完善煤自然发火临界值的确定方法;针对矿井煤自燃复杂环境,可通过研究声波探测等新型先进技术手段,提高矿井煤自燃监测参数的全面性和精细化;推动矿井煤自燃监测预警技术的创新性和决策的智能化,利用数字孪生技术提供精准的模拟与预测能力、优化防控方案、提供培训和应急管理以及数据分析和决策支持等方面的帮助;聚焦矿井自燃灾害全面感知、精准预测与防控智能一体化建设,加强对矿井自燃灾害数据分析、灾前主动预警、灾后事故治理、火区自动封闭等技术的研究。

煤氧化过程中气体的形成特征与煤自燃指标气体选择

利用氧化模拟实验和色谱分析，结合煤岩学分析，对不同性质煤样在氧化模拟实验过程中生成气体的组成和数量进行了详细分析，提出生成气体的组成和数量在内因上主要取决于煤温、煤阶和显微组分组成３个主要因素。将煤自燃指标气体分为三类，建立各类指标气体与煤温、煤阶、煤岩类型之间的数量关系。煤自燃指标气体产率随煤温上升基本上呈指数上升，但煤自燃指标气体产率与煤温相关关系曲线型式受控于煤阶和显微组分组成。不同煤阶煤应采用不同类型的煤自燃指标气体，第一类指标气体主要适用于低变质褐煤和长焰煤阶段，而第二、第三类指标气体主要适用于高、中挥发分烟煤阶段，根据指标气体与煤温相关关系以及指标气体的选择原则，分析了平庄古山矿和枣庄柴里矿煤自燃指标气体应用实践。

煤岩组分对预测自燃标志气体的影响

介绍了煤岩组分在低温氧化阶段产出的氧化分解气体浓度变化和低温氧化的难易程度，指出应用标志气体预测预报自燃发火时，煤岩组分的影响决不可忽视，煤矿应采用本矿有代表性的煤样做模拟实验，求得标志气体的浓度与煤温的相关值作为本矿预测预报临界值的依据。

综放工作面煤层自燃综合治理技术

为了解决佳新能源公司综放工作面自然发火防治问题,在对1501综放工作面自然发火危险性分析的基础上,对14和15号煤层的煤样进行了升温氧化试验,确定了一氧化碳和乙烯为该矿的煤层自燃指标气体;采用在采空区注氮CFD模拟、理论计算等方法,进行采空区注氮技术研究。试验结果表明:以注氮为主,工作面上下端头密闭编织袋堵漏、工作面架间喷洒阻化剂等为辅的综合防治技术措施,可以成功治理1501综放工作面采空区自然发火危险,使工作面回风巷的CO体积分数由原来的0.008 0%降到0.001 5%,上隅角CO体积分数由0.010 0%降到0.004 0%。

氧化煤自燃特性实验研究

为解决大柳塔煤矿活鸡兔井12下208综放工作面采空区存在大量氧化煤的遗煤自燃预测问题,对原煤及不同程度的氧化煤进行程序升温实验,分析研究低温氧化特性的变化规律,根据灰色理论对自燃标志气体进行优选。结果表明:原煤与氧化煤的临界温度与干裂温度相差不明显,分别在40~50℃与110~120℃之间;根据临界温度、干裂温度及其指数增长点将煤低温氧化过程分为缓慢自热(50~<90℃)、加速自热(90~<120℃)、热解裂变(120~<160℃)和热解加速(160~<200℃)4个阶段。在缓慢自热阶段以G2(0.01~<0.039)和R1(0.0015~<0.0077)为指标;在加速自热阶段以R1(0.0077~<0.0195)和G3(0.0009~<0.0037)为指标;在热解裂变阶段以烯烷比(0~<0.484)和G3(0.0037~<0.0374)为指标;在热解加速阶段以R1(0.0468~<0.0726)和烯烷比(0.484~<0.992)为指标气体。实验结果对采空区遗煤的自燃防治具有一定的指导作用。

综放工作面采空区遗煤自燃防控研究

针对塔山煤矿综放工作面采空区存在遗煤量大,漏风严重以及由其引起的采空区内遗煤自燃等问题,通过物理实验和CFD数值模拟,研究了高效复合泡沫对采空区遗煤自燃的防控效果。结果表明:遗煤自燃的指标性气体为CO;高效复合泡沫的堆积高度受倾角变化的影响较小,受灌注流量影响较大;灌注流量对高效复合泡沫扩散宽度具有一定程度的影响,但不如工作面倾角对其的影响大;高效复合泡沫具有灭火效率高,可向高处堆积,灭火后不易复燃的特点。该研究成果为塔山矿综放工作面采空区遗煤自燃的防控提供了一定的理论指导。

多元硫化物对煤体微观形貌和自燃特性影响的研究

为了研究井下多元硫化物对煤体微观形貌和自燃特性的影响,分别测试了不同含硫量煤样的真密度、孔隙率、微观形貌和吸氧量等参数。结果表明:煤样孔隙率随含硫量的增大而增大;原煤样加入FeS2和FeS,使表面细微颗粒物增多;经氧化升温,块状煤体破碎成若干细颗粒,促进了煤的自燃;FeS对促进煤的低温吸氧和缩短煤的自然发火期的作用略大于FeS2;在相同煤温条件下,CO产生量随硫含量的增大呈先增大后减小的趋势,硫含量分别为3%和4%时,CO和C2H4的产生量最大。

新疆龟兹煤矿西井防灭火技术研究

煤炭是我国极其重要的化石能源,未来几年煤炭也仍在能源消费中占主导地位,但煤炭开采却一直面临煤自燃发火的危害。为了抑制煤层自燃发火,降低煤田火灾的发生概率,本文以新疆龟兹煤矿西井A303工作面实例,在煤自燃基础理论上,通过自燃标志性气体及其临界值的测定,自燃“三带”的划分,确定了以注氮防灭火和阻化剂防灭火结合,并配合安全监测系统的综合防灭火技术,有效抑制了煤自燃。

东川煤矿回采工作面下分层开采防火技术

东川煤矿特厚煤层分层开采下分层时,由于工作面及顺槽通往顶部采空区的漏风裂隙较多,漏风就有可能引起顶部采空区自燃。另外,下分层采空区氧化带范围大,煤氧化时间长,自燃危险大,因此,工作面采用顶部采空区漏风通道封堵、顶部采空区顺槽侧注复合胶体形成隔离带、顶部采空区注氮、巷道破碎煤体注阻化剂及下分层采空区自燃预防综合措施。通过监测监控、束管监测系统及人工采样的分析手段得出,自然发火标志性气体均未超限,温度也未上升,从而保证了下分层安全高效回采,并取得了良好的技术及经济效果,同时也为同类矿井特厚煤层下分层回采时防灭火工作提供参考价值。

易燃气体危险性分类标准主要变化解析

本文详细介绍了GHS中易燃气体(包括自燃(发火)气体和化学不稳定性气体)的分类变化,对分类标准、判定逻辑、测试方法进行解析,比较了联合国全球化学品统一分类和标签制度(GHS)和联合国危险货物运输(TDG)关于易燃气体分类的区别。研究发现GHS(第七修订版)中易燃气体分类逻辑图存在错误,并在文中加以纠正。目前,TDG分委员会正讨论在TDG中新增发火气体的条目,而GHS分委员会正考虑在GHS中纳入加压化学品的内容。本文还对比了我国易燃气体相关的标准,指出国际规定中可借鉴学习之处,有助于我国完善相应的法律法规。

煤自然发火促成瓦斯爆炸作用的讨论

在煤自燃与瓦斯共存的矿井,煤自然发火具有隐蔽性、突发性,其全过程一直是促成瓦斯爆炸(以下简称"瓦爆")的重要原因之一。大多数煤自燃气体成分与CH4同一类,比空气轻,易与CH4及O2混合,自身会爆炸。在煤自燃全过程中,阴燃阶段产气量、产烟量最大,隐蔽难察觉,是促成瓦爆的危险阶段。在低瓦斯条件下,煤自燃产气量相对CH4涌出量有"浓度效应",是此条件下瓦爆事故的原因之一,也是瓦检仪读数不到CH4爆炸浓度却发生了瓦爆事故的原因之一。

煤自然发火对瓦斯爆炸的影响

煤自燃产生的气体(如CO、H2、CnHm、CH4)在无瓦斯矿井也可爆炸,在高瓦斯煤易燃矿井是瓦斯重要组分,它增加了瓦斯总浓度,使瓦斯爆炸界限扩大,减少爆炸的需氧量。燃烧的强火源促成瓦斯在低浓度、低氧条件下也能爆炸。在此类矿井防瓦斯事故应先防煤自然发火。