潞安礦區(qū)典型煤層煤樣吸附CO2后自燃特性實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、潞安集團(tuán)是山西七大煤炭企業(yè)集團(tuán)之一，目前礦區(qū)主體礦井主要開采的煤層為山西組中下部3撐煤層，3＃煤層結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單，暫未發(fā)生過自燃，但該煤層已接近資源開采枯竭，在其下部太原組的15＃煤層，屬于高硫、中磷、高灰、高發(fā)熱量貧煤，含硫量較高會(huì)增加該煤層自然發(fā)火危險(xiǎn)。礦井采用綜采放頂煤工藝，靠邊采邊落煤開采，而采煤工作面回收率較低、遺留煤較多是礦區(qū)煤層自然發(fā)火的主要危險(xiǎn)源，而經(jīng)過資源整合后的部分礦井在開采過程中或在周邊小窯采空區(qū)也曾出現(xiàn)過煤自燃現(xiàn)象，

2、煤層自然發(fā)火已成為潞安礦區(qū)礦井開采過程中的一大突出安全隱患，嚴(yán)重威脅礦井安全生產(chǎn)和發(fā)展。雖然惰氣防滅火在煤層火災(zāi)防治實(shí)踐中得到廣泛應(yīng)用，但關(guān)于CO2對(duì)煤氧化自燃發(fā)展過程抑制性能的相關(guān)基礎(chǔ)研究并不充分，所以，有必要對(duì)此展開更深入、細(xì)致的研究。
　　本文針對(duì)潞安礦區(qū)開采自燃或容易自燃煤層賦存特點(diǎn)和開采技術(shù)條件，通過實(shí)驗(yàn)室研究潞安礦區(qū)典型煤層煤樣吸附CO2前后耗氧速度，CO產(chǎn)生速率，指標(biāo)氣體，特征溫度等自燃特性參數(shù)的變化規(guī)律。本文主要研

3、究成果如下:
　　(1)分析了國(guó)內(nèi)外煤自燃火災(zāi)防治技術(shù)研究現(xiàn)狀，CO2作為惰性氣體抑制煤層自燃的機(jī)理，為研究潞安礦區(qū)煤層煤樣吸附CO2前后自燃特性提供理論基礎(chǔ)。
　　(2)對(duì)一緣礦、阜生礦、潞寧礦、五陽(yáng)礦、余吾礦等煤層煤樣吸附CO2前后進(jìn)行了程序升溫氧化實(shí)驗(yàn)，并對(duì)升溫過程中的氣體產(chǎn)物生成規(guī)律對(duì)比分析，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:第一，吸附CO2前，原煤中生成的CO和C2H6在起始的30℃時(shí)均已開始出現(xiàn);出現(xiàn)H2的初始溫度為130～160℃

4、左右;生成C2H4的初始溫度為120～160℃之間，生成量隨溫度的升高呈單一遞增趨勢(shì)。第二，吸附CO2后，同等溫度條件時(shí)，煤樣在3種不同CO2濃度氣氛下的耗氧速度隨CO2濃度的增加而減小，在升溫的氧化過程中CO出現(xiàn)的臨界溫度并未發(fā)生改變，指數(shù)式上升的趨勢(shì)變緩。第三，吸附30％濃度CO2的煤樣在升溫過程中CO產(chǎn)生速率已開始有減小趨勢(shì)，減少量約為吸附前CO產(chǎn)生速率的20％～25％;與吸附前相比，產(chǎn)生C2H4的初始溫度滯后10～20℃，產(chǎn)生H

5、2和C2H4的初始溫度滯后20℃左右;CO2生成曲線發(fā)生改變，隨煤溫度升高呈“U”字形。
　　(3)采用熱重—差熱實(shí)驗(yàn)方法，分析研究了各煤樣在吸附不同濃度CO2前、后特征溫度變化規(guī)律，得出了吸附前，5個(gè)不同煤層煤樣水分蒸發(fā)盡對(duì)應(yīng)的溫度T1=94.2～99.4℃，不同煤樣吸氧量在0.36～0.58mg之間，燃點(diǎn)溫度T3為408.2～448.6℃，除余吾煤在700℃時(shí)未達(dá)燃盡溫度外，其余各煤樣燃盡溫度T4為572.8～608.6℃;吸

6、附后，特征溫度點(diǎn)T1滯后，滯后溫度10～15℃，燃點(diǎn)溫度T3及燃盡溫度T4出現(xiàn)不同程度的延后，延后溫度40～75℃。煤樣吸附CO2后特征溫度點(diǎn)出現(xiàn)了向高溫度方向移動(dòng)的現(xiàn)象，煤氧化放熱性能降低，同等條件下，CO2濃度越高抑制效果也越好。
　　(4)通過對(duì)一緣礦煤樣吸附CO2和N2后進(jìn)行程序升溫氧化對(duì)比分析實(shí)驗(yàn)，并結(jié)合CO2和N2防滅火特點(diǎn)，比較煤樣吸附CO2、N2及原煤樣在程序升溫氧化過程中耗氧特性及相關(guān)自燃特性參數(shù)的變化關(guān)系，實(shí)驗(yàn)

7、結(jié)果表明:在氧化反應(yīng)的低溫階段，吸附100％濃度N2后的煤樣比吸附同等濃度CO2后的煤樣在升溫過程中耗氧速度及CO產(chǎn)生率都要大，溫度在150～220℃時(shí)，吸附100％濃度CO2后的煤樣在溫升過程中耗氧速度及CO產(chǎn)生速率減小趨勢(shì)更顯著。因此，在惰化抑制煤層自燃火災(zāi)的優(yōu)勢(shì)上，CO2比N2效果更好，更利于煤層火災(zāi)防治。
　　本文對(duì)完善CO2防滅火相關(guān)技術(shù)體系、豐富和提高惰氣防滅火技術(shù)，對(duì)減少潞安礦區(qū)煤層自然發(fā)生次數(shù)，對(duì)提高礦井防滅火技術(shù)