平朔矿区9#煤程序升温氧化过程中指标气体变化规律研究

黄显华

(中国矿业大学管理学院,江苏省徐州市,221116)

★煤矿安全 ★

平朔矿区9#煤程序升温氧化过程中指标气体变化规律研究

黄显华

(中国矿业大学管理学院,江苏省徐州市,221116)

通过对平朔9#煤煤样程序升温氧化实验,得出了煤升温氧化过程中H2、CO、CO2、CH4、C2H4、C2H6和C3H8等气体浓度随温度变化的规律,以及指标气体的相关性结果,结果表明:H2与CO具有较强的相关性,可作用为指标气体预测煤层自燃。

煤自燃 程序升温 指标气体 预测预报

AbstractTemperature rising and oxidation experiments on 9#coal samples taken from Pingshuo coal mine area produce the pattern of gas concentration related with the changing temperatures and the relevancies among the index gases such as H2,CO,CO2,CH4,C2H4,C2H6and C3H8,etc.It is also indicated by the experiments that the relevancies between H2and CO are strong.They can thus be used as index gases in coal seam spontaneous combustion.

Key wordscoal spontaneous combustion,programmed temperature increase,index gas, prediction and forecast

1 前言

煤自燃过程是一个复杂的煤氧复合反应过程,是煤与氧气发生氧化反应产生热量并积聚导致的最终结果。煤层自燃火灾防治的关键是煤层自燃的早期预测预报和火源位置的精确探测。目前,对于煤自燃的早期预测预报普遍采用指标气体分析法,本文通过对平朔矿区9#煤的程序升温氧化实验,分析升温氧化过程中产生的气体成分和浓度随温度的变化规律,为煤自燃早期预报提供科学依据。

2 实验装置

程序升温氧化实验是指将采集的煤样粉碎到一定的粒度,装入程序升温氧化炉进行升温氧化的实验。程序升温氧化实验系统一般包括氧化升温实验装置、温度检测及控温装置、供氧系统、气样采集分析系统4部分。

(1)氧化升温实验装置。氧化升温装置由反应器、加热炉和保温外壳3部分组成。

(2)煤温检测和控制装置。

图1 实验装置系统构成图

煤温由埋在煤样中的一个热电偶测定;煤样温度的控制由埋在加热炉反应器壁的控温热电偶与温控器完成,取样温度由人工按预定要求设定,煤温达到预定的温度恒温5 min后取样。

(3)气样分析系统。气体分析采用上海海欣色谱仪器有限公司生产的 GC-950M测定。该仪器可分析CO、CO2、CH4、H2、O2,以及C1-C3的烃类气体。

(4)供气系统。由高压空气钢瓶,稳压阀,流量计和管路组成。

实验装置系统构成如图1所示。

3 实验过程

(1)煤样选取。煤样采自平朔矿区9#煤,煤种为长焰煤,煤层自燃倾向性等级为Ⅰ级,煤样工业分析测试结果如表1所示。

按煤层煤样采取方法 (GB482-1995)采样,然后对其进行破碎并筛分出40～80目的颗粒50 g作为实验煤样。

(2)实验过程。将50 g粒度为40～80目的煤样置于氧化升温装置的反应器中,然后连接好进气气路、出气气路和温度探头,检查气路的气密性。测试时向煤样内通入80 ml/min的干空气。启动程序控温仪对煤样进行加热,当达到预定温度时,恒温5 min后采取气样进行气体成分和浓度分析,并记录相应数据。

4 实验结果及分析

(1)实验原始数据,见表2。

(2)气体随温度变化图。对9#煤样气体进行分析可得其变化如图2所示。

图2 9#煤样CO、CO2、CH4、C2H6、C2H4、C3H8变化趋势图

表1 工业分析测试结果

表2 9#煤样指标气体原始数据表

(3)结论。①平朔矿区9#煤在程序升温氧化过程有规律地出现CO和C2H4两种气体,且随煤温升高呈指数增加趋势。CO在低温阶段生成量较小,在60～70℃时温升率迅速增加,C2H4在100℃时出现。因此,这两种气体可作为平朔矿区9#煤早期预报的指标气体。②试验表明:H2在煤温达到150℃时出现,生成量随着温度的升高逐渐增加,且其温升率与CO在该温度下的温升率有较强的相关性,表明H2可作为一种灵敏的指标气体预报煤层自燃。③平朔矿区预报煤自燃过程中应注意其指标气体的适用性、及时性、可靠性。必须根据矿井的实际情况,通过对各煤种煤样做大量气体分析试验,来选择适合本矿的指标气体,并确定其临界值。

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(责任编辑 梁子荣)

On the index gas change pattern during programmed temperature rising and oxidation process for Pingshuo coal mine area’s 9#coal

Huang Xianhua

(School of Management,China University of Mining and Technology,Xuzhou,Jiangsu province 221116,China)

TD752.2

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黄显华 (1973-),男,安徽安庆人,中国矿业大学管理学院研究生,主要从事煤矿安全技术研究、管理工作,现任山西省朔州市市长助理。