平朔礦區(qū)9#煤程序升溫氧化過程中指標(biāo)氣體變化規(guī)律研究

黃顯華

(中國礦業(yè)大學(xué)管理學(xué)院,江蘇省徐州市,221116)

★煤礦安全 ★

平朔礦區(qū)9#煤程序升溫氧化過程中指標(biāo)氣體變化規(guī)律研究

黃顯華

(中國礦業(yè)大學(xué)管理學(xué)院,江蘇省徐州市,221116)

通過對平朔9#煤煤樣程序升溫氧化實(shí)驗(yàn),得出了煤升溫氧化過程中H2、CO、CO2、CH4、C2H4、C2H6和C3H8等氣體濃度隨溫度變化的規(guī)律,以及指標(biāo)氣體的相關(guān)性結(jié)果,結(jié)果表明:H2與CO具有較強(qiáng)的相關(guān)性,可作用為指標(biāo)氣體預(yù)測煤層自燃。

煤自燃 程序升溫 指標(biāo)氣體 預(yù)測預(yù)報(bào)

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

煤自燃過程是一個(gè)復(fù)雜的煤氧復(fù)合反應(yīng)過程,是煤與氧氣發(fā)生氧化反應(yīng)產(chǎn)生熱量并積聚導(dǎo)致的最終結(jié)果。煤層自燃火災(zāi)防治的關(guān)鍵是煤層自燃的早期預(yù)測預(yù)報(bào)和火源位置的精確探測。目前,對于煤自燃的早期預(yù)測預(yù)報(bào)普遍采用指標(biāo)氣體分析法,本文通過對平朔礦區(qū)9#煤的程序升溫氧化實(shí)驗(yàn),分析升溫氧化過程中產(chǎn)生的氣體成分和濃度隨溫度的變化規(guī)律,為煤自燃早期預(yù)報(bào)提供科學(xué)依據(jù)。

2 實(shí)驗(yàn)裝置

程序升溫氧化實(shí)驗(yàn)是指將采集的煤樣粉碎到一定的粒度,裝入程序升溫氧化爐進(jìn)行升溫氧化的實(shí)驗(yàn)。程序升溫氧化實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)一般包括氧化升溫實(shí)驗(yàn)裝置、溫度檢測及控溫裝置、供氧系統(tǒng)、氣樣采集分析系統(tǒng)4部分。

(1)氧化升溫實(shí)驗(yàn)裝置。氧化升溫裝置由反應(yīng)器、加熱爐和保溫外殼3部分組成。

(2)煤溫檢測和控制裝置。

圖1 實(shí)驗(yàn)裝置系統(tǒng)構(gòu)成圖

煤溫由埋在煤樣中的一個(gè)熱電偶測定;煤樣溫度的控制由埋在加熱爐反應(yīng)器壁的控溫?zé)犭娕寂c溫控器完成,取樣溫度由人工按預(yù)定要求設(shè)定,煤溫達(dá)到預(yù)定的溫度恒溫5 min后取樣。

(3)氣樣分析系統(tǒng)。氣體分析采用上海海欣色譜儀器有限公司生產(chǎn)的 GC-950M測定。該儀器可分析CO、CO2、CH4、H2、O2,以及C1-C3的烴類氣體。

(4)供氣系統(tǒng)。由高壓空氣鋼瓶,穩(wěn)壓閥,流量計(jì)和管路組成。

實(shí)驗(yàn)裝置系統(tǒng)構(gòu)成如圖1所示。

3 實(shí)驗(yàn)過程

(1)煤樣選取。煤樣采自平朔礦區(qū)9#煤,煤種為長焰煤,煤層自燃傾向性等級為Ⅰ級,煤樣工業(yè)分析測試結(jié)果如表1所示。

按煤層煤樣采取方法 (GB482-1995)采樣,然后對其進(jìn)行破碎并篩分出40～80目的顆粒50 g作為實(shí)驗(yàn)煤樣。

(2)實(shí)驗(yàn)過程。將50 g粒度為40～80目的煤樣置于氧化升溫裝置的反應(yīng)器中,然后連接好進(jìn)氣氣路、出氣氣路和溫度探頭,檢查氣路的氣密性。測試時(shí)向煤樣內(nèi)通入80 ml/min的干空氣。啟動程序控溫儀對煤樣進(jìn)行加熱,當(dāng)達(dá)到預(yù)定溫度時(shí),恒溫5 min后采取氣樣進(jìn)行氣體成分和濃度分析,并記錄相應(yīng)數(shù)據(jù)。

4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析

(1)實(shí)驗(yàn)原始數(shù)據(jù),見表2。

(2)氣體隨溫度變化圖。對9#煤樣氣體進(jìn)行分析可得其變化如圖2所示。

圖2 9#煤樣CO、CO2、CH4、C2H6、C2H4、C3H8變化趨勢圖

表1 工業(yè)分析測試結(jié)果

表2 9#煤樣指標(biāo)氣體原始數(shù)據(jù)表

(3)結(jié)論。①平朔礦區(qū)9#煤在程序升溫氧化過程有規(guī)律地出現(xiàn)CO和C2H4兩種氣體,且隨煤溫升高呈指數(shù)增加趨勢。CO在低溫階段生成量較小,在60～70℃時(shí)溫升率迅速增加,C2H4在100℃時(shí)出現(xiàn)。因此,這兩種氣體可作為平朔礦區(qū)9#煤早期預(yù)報(bào)的指標(biāo)氣體。②試驗(yàn)表明:H2在煤溫達(dá)到150℃時(shí)出現(xiàn),生成量隨著溫度的升高逐漸增加,且其溫升率與CO在該溫度下的溫升率有較強(qiáng)的相關(guān)性,表明H2可作為一種靈敏的指標(biāo)氣體預(yù)報(bào)煤層自燃。③平朔礦區(qū)預(yù)報(bào)煤自燃過程中應(yīng)注意其指標(biāo)氣體的適用性、及時(shí)性、可靠性。必須根據(jù)礦井的實(shí)際情況,通過對各煤種煤樣做大量氣體分析試驗(yàn),來選擇適合本礦的指標(biāo)氣體,并確定其臨界值。

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(責(zé)任編輯 梁子榮)

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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黃顯華 (1973-),男,安徽安慶人,中國礦業(yè)大學(xué)管理學(xué)院研究生,主要從事煤礦安全技術(shù)研究、管理工作,現(xiàn)任山西省朔州市市長助理。