煤自然發(fā)火指標(biāo)氣體的關(guān)聯(lián)性實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、在中國(guó)領(lǐng)域內(nèi)除上海以外，其它各個(gè)省區(qū)或多或少均分布著煤炭資源，煤炭作為中國(guó)的基礎(chǔ)能源，其在不可再生能源中占70％左右。然而煤礦開(kāi)采和存儲(chǔ)的過(guò)程中往往伴隨著煤自燃，煤自燃已經(jīng)是我國(guó)煤礦自然災(zāi)害較嚴(yán)重的災(zāi)害之一，不單會(huì)導(dǎo)致煤炭成本的浪費(fèi)，并且更為嚴(yán)重的是給礦井工作職員帶來(lái)致命性的事變，因此關(guān)于煤自燃的防治工作顯得尤為重要。而長(zhǎng)久實(shí)踐看來(lái)，做好早期的預(yù)測(cè)預(yù)告是防治煤自燃的關(guān)鍵一步，煤自燃氧化過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生一系列的氣體，可以根據(jù)這些生成氣體的濃度

2、變化規(guī)律來(lái)反映出煤自燃的所處階段，以便進(jìn)行預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)?？梢?jiàn)煤自燃早期預(yù)測(cè)預(yù)告的核心就是確定合適的指標(biāo)氣體。
　　本文選取了3類變質(zhì)程度不同的煤作為實(shí)驗(yàn)研究對(duì)象，分別是褐煤、長(zhǎng)焰煤和氣煤，均為變質(zhì)程度偏低的低階煤，因?yàn)橹袊?guó)的低階煤儲(chǔ)量還是居多的，研究低階煤的自燃特性更有實(shí)際意義。所選實(shí)驗(yàn)煤樣具體為錫盟（XM）褐煤、神東（SD）長(zhǎng)焰煤、白蘆（BL）長(zhǎng)焰煤、潞寧（LN）氣煤。實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)首先是對(duì)4種煤樣分別進(jìn)行程序升溫氧化實(shí)驗(yàn)，通過(guò)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的

3、分析，同種煤的橫向比較及同一氣體的縱向比較得出單一相關(guān)指標(biāo)氣體隨溫度的變化規(guī)律，再加之對(duì)數(shù)據(jù)適當(dāng)處理引入復(fù)合指標(biāo)氣體濃度與溫度的相關(guān)性，通過(guò)曲線變化情況得出各煤樣的指標(biāo)氣體種類。實(shí)驗(yàn)部分其次是對(duì)各煤樣采用熱重-差熱分析技術(shù)來(lái)研究其自燃過(guò)程中的質(zhì)熱變化，進(jìn)而確定出煤自燃的階段。最后采用灰色斜率關(guān)聯(lián)理論的方法結(jié)合熱重-差熱分析確定的階段來(lái)進(jìn)行加速氧化階段指標(biāo)氣體的優(yōu)選。本文得出的主要結(jié)論如下：
　?。?）單一指標(biāo)氣體中，CO、H2、C

4、2H4、C2H2在等氣體在升溫過(guò)程中隨溫度的變化均表現(xiàn)出有規(guī)律的指數(shù)增長(zhǎng)，故均可作為實(shí)驗(yàn)煤樣早期預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)的指標(biāo)氣體；特殊地C2H6可以作為褐煤和長(zhǎng)焰煤的自燃指標(biāo)氣體來(lái)進(jìn)行相關(guān)預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)，不可以作為氣煤的自燃指標(biāo)氣體來(lái)進(jìn)行相關(guān)預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)。
　　（2）第一、二火災(zāi)系數(shù)隨煤溫的上升均呈現(xiàn)出規(guī)律性，一定程度上能反映煤自燃的程度，故可作為煤樣的自燃指標(biāo)氣體來(lái)進(jìn)行相關(guān)預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)；而第三火災(zāi)系數(shù)R3在煤低溫氧化期間出現(xiàn)有兩次突變，具有較大的波動(dòng)，故不

5、宜作為煤樣的自燃指標(biāo)氣體來(lái)進(jìn)行相關(guān)預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)。
　?。?）對(duì)于褐煤和長(zhǎng)焰煤而言，鏈烷比比值值超過(guò)0.15時(shí)應(yīng)及時(shí)作出預(yù)警，故鏈烷比可以作為褐煤和長(zhǎng)焰煤的指標(biāo)氣體，而不能作為氣煤的指標(biāo)氣體；烯烷比及稀缺比可適當(dāng)作為低階煤的輔助指標(biāo)來(lái)進(jìn)行預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)。
　　（4）煤樣在整個(gè)氧化過(guò)程中，煤樣質(zhì)量均呈現(xiàn)出如下變化趨勢(shì)：先減小后增大，然后急劇下降最后趨于穩(wěn)定；熱量變化呈現(xiàn)出先升高再降低最后又升高的趨勢(shì)。在揮發(fā)分蒸發(fā)階段，4種煤樣對(duì)應(yīng)的 T1

6、=99.6~101.6℃；在吸氧階段，4種煤樣對(duì)應(yīng)的T2=294.4~320.6℃，在煤受熱分解階段，4種煤樣對(duì)應(yīng)的T3為300.8~342.8℃，在燃燒階段，除 LN煤樣在700℃時(shí)還未燃盡，其余3種煤樣對(duì)應(yīng)的 T4為578.5~623.4℃。
　　（5）通過(guò)綜合對(duì)比，本文選取了灰色斜率關(guān)聯(lián)模型進(jìn)行定量分析，得出在煤自燃的加速氧化階段，錫盟褐煤的綜合指標(biāo)預(yù)測(cè)體系如下：以H2、CO及24C H為主要指標(biāo)氣體，以4C2H4 CH、第

7、一火災(zāi)系數(shù) R1為輔助指標(biāo)氣體；神東長(zhǎng)焰煤綜合指標(biāo)預(yù)測(cè)體系如下：以 C2H6、4C2H4 CH及H2為主要指標(biāo)氣體，以R2、C2H6/CH4為輔助指標(biāo)氣體；白蘆長(zhǎng)焰煤綜合指標(biāo)預(yù)測(cè)體系如下：以C2H6/CH4、R2及H2為主要指標(biāo)氣體，以4C2H4 CH、C2H6為輔助指標(biāo)氣體；潞寧氣煤綜合指標(biāo)預(yù)測(cè)體系如下：以4C2H4 CH、R2及H2為主要指標(biāo)氣體，以 CO、24C H為輔助指標(biāo)氣體。
　　（6）煤的熱解產(chǎn)物與煤的種類密切相關(guān)，