煤自燃倾向性测试及监测技术研究进展

煤自燃是煤矿安全生产、运输和储存中的重大灾害之一。根据煤自燃防控实际需要,较全面地总结了煤自燃倾向性的测试方法,认为构建一个通用指标来评价煤自燃倾向性可以弥补单一测试方法的评估偏差;同时,重点分析了以温度为特征的OTDR技术与以指标气体为特征的TDLAS技术在煤自燃监测领域应用的原理及优缺点,通过两种技术的提升,建构特征温度与指标气体的定量关系,形成多参量数据融合的煤自燃监测技术能有效提升监测预警能力,并提出了无线传感器网络测温法与声发射技术在煤自燃监测领域应用的可行性。对煤自燃倾向性的检测与煤自燃火灾的监测预警研究具有重要作用,对实现煤自燃智能化协同防控治理和保障煤矿安全、高效、智能、绿色生产具有重要意义。

低温阶段程序升温法对煤氧化过程影响的研究

基于温控方式对煤氧化指标测试的重要性,采用自主研制的煤氧化模拟试验系统,通过与恒温测试法对比煤氧化升温过程中CO的生成量,研究低温阶段程序升温法对煤氧化过程的影响。结果表明:程序升温法能较好地表现出煤的氧化能力,但程序升温会造成煤样罐中温度场分布不均匀,温度梯度逐渐增大,煤体氧化程度不相同。低温条件下,程序升温法对煤氧化过程的影响总体上还比较小,且程序升温法采用程序控制温升,升温连续性好,操作简单,是一种可靠的温控方式,可以替代恒温测试法进行测试,有很好的应用价值。

小分子有机物的氧化模拟实验

为了研究煤中小分子有机物对煤低温氧化的影响,使用四氢呋喃溶剂对袁庄6煤进行微波辅助抽提,得到抽提产物,经GC/MS联用仪分析后得出煤中小分子有机物的主要成分。通过对比分析,选取丙苯醚、二苯基甲烷、2,6-二-叔-丁基-4-(羟甲基)苯酚和9H-芴-9-醇等4种物质作为氧化模拟化合物,进行氧化模拟实验,测得4种模拟化合物不同温度条件下的耗氧速率及CO产生速率。研究结果表明:4种氧化模拟化合物的耗氧速率及CO生成速率的变化趋势与原煤的变化趋势保持着一定的相似,均大于原煤;耗氧速率随温度的升高而增大;CO产生速率在反应初期增长均较慢,在100℃之后增长趋势加快,基本呈指数关系递增。可见,煤中小分子有机物的存在加速了袁庄6煤的氧化进程,促进了煤炭自燃。

基于耗氧量的煤自燃倾向性快速鉴定方法

为了能够更加科学快速地对煤的自燃倾向性进行鉴定和分类,对我国现行的煤自燃倾向性色谱吸氧鉴定法的不科学性进行了分析和评价,对煤低温氧化耗氧量与煤自燃倾向性之间的关系进行理论分析,得出在低温氧化过程中某一温度时煤每消耗1 mol氧量释放的热量大体相同,那么单位质量煤在某一温度段消耗氧量大,产生热量也就越多,该煤也就更容易自燃,其自燃倾向性也就越强.在此理论基础上提出了将一定煤样量置于静态的一定量空气中,并加热使其加速氧化,以此来测试煤的低温氧化耗氧量.研制了相应的测试装备,并对不同煤种、不同氧化时间和不同氧化温度的耗氧量进行了测试.最后,初步给出了基于耗氧量的煤自燃倾向性分类原则和方法.图3,表2,参11.

煤样反应室尺寸对流场与氧气耗散分布特性的影响

煤样反应室的尺寸对小型煤低温氧化实验测试炉的测试结果具有显著影响,通过Fluent仿真技术模拟不同直径煤样反应室的流速分布与氧气耗散的分布特性的结果表明:煤样反应室气体流经煤样时的流速与反应室直径成正比关系;煤样耗氧量与煤样反应室直径成反比关系;相较于37 mm和65 mm的反应室直径,45 mm反应室内煤与氧的反应更为均匀。通过数值计算得出了70℃时安太堡褐煤在不同尺寸反应室的耗氧速度,验证了煤样耗氧量与煤样反应室直径成反比关系。