赵各庄矿自然发火预测预报.ppt

赵各庄矿自然发火预测预报的指标气体研究 河北理工大学 资源与环境学院 摘 要 本文介绍了指标气体分析的实验原理和实验系统，通过实验室加温氧化试验，对赵各庄矿典型煤样进行了实验分析，找出了适合本矿的自然发火预测预报的指标气体，并划分了三个氧化阶段，使得赵各庄矿自然发火预测预报工作能够更加准确无误。 1 概况 赵各庄矿是一个自然发火比较严重的矿井，据资料统计，自1953年至1984年间，就发生了187次自燃火灾，且百万吨发火率达到1.88。该矿目前采用了气体分析法进行自然发火的预测预报，但是在生产过程中，始终没有明确适合本矿的指标气体。为此，我们分别在主采煤层9、12煤层采取了9个煤样进行试验，以寻找适合煤层自然发火预测预报的指标气体。 2 实验 本实验系统是由煤加热氧化升温系统、气体进样和分析系统、数据处理系统等部分组成。 煤加热氧化升温装置是在煤炭科学研究总院重庆分院研制的智能型煤升温氧化试验炉的基础上进行改造而成的。 气体进样和分析系统采用的是北京市东西电子技术研究所研制的GC—4000系列气相色谱仪 。 数据处理系统采用的是北京市东西电子技术研究所开发的A4800型色谱数据处理工作站。 2.2 煤样的采取与制备 将现场采集的煤样进行破碎筛分，筛至60～80目，放入广口瓶中密封保存，留作升温氧化模拟实验用。 3 实验结果分析 通过对实验数据的分析，可知，CO、C2H4、C2H6的浓度和C2H4/C2H6的比值随煤的升温氧化出现了很强的规律性，可以把这几种气体作为赵各庄矿进行自然发火预测预报的指标气体。为了分析方便，把实验所得数据做成以温度为横坐标，各气体浓度或比值为纵坐标的曲线。 图1 各煤样CO浓度与煤温关系 如图1所示，九个煤样CO的浓度变化的总趋势基本相同，都随煤的加热氧化温度的升高而升高，当煤进入激烈氧化阶段时，CO浓度达到最大值。由图可以看出，各煤样的CO出现的临界温度值为40～50℃之间，因为赵各庄矿正常生产时，矿井里没有发现CO的存在，所以，只要检测到CO，就表明煤体温度已经达到40℃以上，并开始了缓慢氧化。 180℃时CO浓度变化曲线图 220℃时CO浓度变化曲线图 煤温在40～180℃之间时，CO的浓度变化不大，氧化处于潜伏期，当超过180℃以后，CO浓度急剧增大，表示煤氧化进入了加速氧化阶段，如果此时不采取措施，很快进入激烈氧化阶段，导致煤自燃 。由以上分析可知，从低温开始，经过缓慢氧化、加速氧化直至激烈氧化阶段均有CO的释放，并且随温度变化出现了极强的规律性，可见，CO是检测煤炭早期自然发火非常灵敏的指标，可以用来作为赵各庄矿预测煤自然发火的指标气体。 3.2乙烯气体与煤温变化关系 乙烯（C2H4）与煤温之间的关系明确而又简单，环境条件对乙烯产生的影响比较小。由图2可见，各煤样出现C2H4的临界温度都在180℃左右，由于矿井吸附的瓦斯气体中没有乙烯气体成分，因此只要乙烯气体一出现，就可知煤体温度已达到了180℃，表明煤的氧化已进入了加速氧化阶段，乙烯浓度最初随煤温升高迅速增加，当达到300℃时，到达最大值，之后出现一个拐点，又逐渐减少，直到没有。这也表明了温度超过300℃，就进入了激烈氧化阶段。 3.3乙烷气体与煤温变化关系 乙烷（C2H6）随煤温升高表现了如下的变化规律（见图3）：① 乙烷出现一般在90℃左右，当煤温在达到200℃以前，乙烷的产生量随温度升高而增加；② 在200℃到达最大值，随后又逐渐降低；③ 在300℃下降到了最低点，之后又迅速上升，曲线上升斜率较大。这是因为，在第①阶段，主要是煤吸附的C2H6因获得了能量而释放出来，并随温度的上升，产量逐渐增加，200℃时达到了最大值。在第②阶段，吸附态的C2H6释放量逐渐减少，煤热裂解产生的C2H6也极少，所以呈现了下降趋势。在 3.3乙烷气体与煤温变化关系 第③阶段，温度超过了300℃时，煤分子获得了大量能量，分子结构逐渐裂解，C2H6的产量大量增加，因而曲线呈上升趋势。 3.4乙烯乙烷比与煤温变化关系 乙烯乙烷比值（C2H4/C2H6）与煤温之间的变化总趋势是： 随着煤温的升高，比值逐渐增大，在300℃达到高峰后，比值又随煤温升高而下降。该比值随煤温变化关系比较明确，也比较简单，比值峰值的出现是煤的氧化将要进入激烈氧化的前兆。使用该比值，由于各组分被风流稀释的程度相同，排除了风流的影响，可以准确确定煤的氧化发展阶段。 4 结论 1)实验表明，煤的自燃具有三个不同的氧化阶段：缓慢氧化阶段、加速氧化阶段和激烈氧化阶段。三个阶段的温度范围分别为：小于200℃、200℃～300℃和大于300℃。 2) 通过对赵各庄矿九个煤样的氧化实验分析，可以把CO、C2H4、C2H6、和C2H4/C2H6作为