应用气体分析法预测预报煤自然发火
利用指标气体预测预报煤自燃火灾
利用指标气体预测预报煤自燃火灾
马银戌;申张勇;严忠
【期刊名称】《能源技术与管理》
【年(卷),期】2007(000)006
【摘要】煤炭在低温氧化过程中,产生多种成分复杂的化学气体,当煤炭的温度继续升高时,生成的化学气体成分含量会发生变化,研究表明煤炭在氧化过程中,煤温和各化学气体的含量有一定的关系,因此通过分析气体含量可推测出煤的温度,从而达到预测预防煤炭自燃的目的.
【总页数】3页(P34-35,39)
【作者】马银戌;申张勇;严忠
【作者单位】华北电力大学,机械系,河北,保定,071003;华北电力大学,机械系,河北,保定,071003;华北电力大学,机械系,河北,保定,071003
【正文语种】中文
【中图分类】TQ531.8
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煤层自燃发火指标气体的选择及预测预报应用
煤层自燃发火指标气体的选择及预测预报应用郭一铭; 何启林【期刊名称】《《安徽理工大学学报（自然科学版）》》【年(卷),期】2019(039)003【总页数】6页(P60-65)【关键词】自燃; 指标气体; 热分析; 色谱分析; 预测预报【作者】郭一铭; 何启林【作者单位】安徽理工大学能源与安全学院安徽淮南232001【正文语种】中文【中图分类】TD75煤炭自燃火灾是矿井安全生产的主要灾害之一[1-2]。
煤炭自燃火灾早期的预测预报的优势在于早在煤体还未出现冒烟或者明火的现象之前，就可以依据温度以及指标气体等参数，提前察觉到其自燃势头，便能在火灾萌芽阶段对煤炭自燃进行有效控制。
可见，煤炭自燃火灾早期的预测预报是防止火灾或减少损失一种行之有效的手段。
现阶段，预测预报方法主要有两种，温度检测法以及指标气体分析法[3-9]。
国内外学者对此进行了大量的研究工作，经相关实验研究表明，煤体氧化过程中能解析出很多种气体，比如一氧化碳(CO)、氢气(H2)、甲烷(CH4)、乙烷(C2H6)、乙烯(C2H4)、丙烷(C3H8)、乙炔(C3H6)等等。
可以借助煤低温氧化实验对煤炭的低温氧化规律性展开研究，同时该实验可以针对低温氧化气体产物的属性与它的变化规律进行分析，从而进一步优选出相应的气体产物作为指标气体进行对煤炭自燃发火的预测预报[10-13]。
基于煤的热解试验，可借助气体分析法来预测预报自燃发火，根据热解实验析出气体的析出顺序以及生产量受温度影响的规律来实现针对煤炭自燃预测预报的目的[14-15]。
本文针对官地煤矿8煤层煤容易自燃特性，为防止和减少8煤层煤自燃火灾发生，选取官地煤矿8煤层具有代表性的工作面(29403工作面)煤层的煤样，对此进行低温氧化实验，进行煤自燃标志气体分析并研究煤中放出的气体成分和含量，观察研究气体成分和含量随温度升高而变化的规律，接着优选出标志气体，从而达到预测预报煤炭自燃发火的目的。
气体分析法预测预报煤炭自燃
气体分析法预测预报煤炭自燃煤炭氧化自燃不仅会引发矿井火灾，破坏井下绿色开采环境，甚至还将导致瓦斯爆炸，严重威胁工作人员的生命健康，造成煤炭资源的浪费。
在实践中，检测煤层或煤堆排出的气体浓度是公认的一种跟踪与预测煤炭自燃与自热的有效方法。
大量的研究表明：煤炭低温氧化过程中释放的CO2和CH4气体有些是氧化产生的，有些是煤炭中本身就存在的，同时它们的浓度变化规律不强，因此，CO2和CH4不能作为预测预报煤炭自燃的指标气体。
但是，一些研究表明：可以通过煤炭氧化过程中释放的CH4、C2H6、C3H8、C4H10等烷烃气体的浓度比值对煤炭自燃发展阶段进行判断，这一指标通常被称为链烷比。
链烷比主要分为两类：一类为C2H6、C3H8、C4H10与CH4的浓度比值；一类为C3H8、C4H10与C2H6的浓度比值。
实际应用中应该选择哪个比值作为判定指标需根据不同矿区的实际情况决定。
生产实践中采用最多的预测预报煤炭自燃的指标气体是CO，有两方面的原因：一是煤炭氧化时在较低温度（30～40℃）下即可产生CO；二是CO生成量和温度之间呈指数变化关系，具有一定的规律性和可测性。
通过气体分析法，一旦发现煤炭有自燃征兆，可以采用徐州吉安研发的普瑞特防灭火技术，该技术集凝胶、黄泥灌浆、三相泡沫、氮气和阻化剂的防灭火优点于一体，特别是继承了泡沫的扩散性能和凝胶良好的固水特性。
一方面，水浆生成泡沫之后，缓慢形成凝胶，能把大量的水固结在凝胶体内，避免了浆液中大量水流失或者溃浆的缺点，大幅度提高了浆水在采空区里的滞留率；另一方面，形成的凝胶能以泡沫为载体对采空区的高、中、低位火源或浮煤大范围全方位的覆盖，且能固结90%以上水分并形成凝胶层，防火时能持久保持煤体湿润并隔绝氧气，灭火时能长久地吸热降温，防止火区复燃。
浅谈煤自燃火灾的预测预报
的趋 势 ， 以便及 时 采取 有效 的 防灭火 措 施 ， 免 造成 避 资源 、 备甚 至生 命损 失 ， 证 煤矿 安全 生产 。 设 保
相 当程 度 的可信 度 ， 其 难 以对 不 同 发 火类 型 的煤 但 自燃 进 行预 测 ， 且在 时 间统计 上存 在着 较 大偏差 ， 仅
采 用对 与煤 自然 发 火 相 关 的 各 种 内 、 影 响 因素 进 外
行 综合 评分 的方 法 ， 主要 是 先 对 煤 的 自燃 倾 向性 进 行 鉴定 ， 出分 值 ； 后 在 大 量 统 计 分 析 的 基 础 上 ， 评 然 对 影 响煤 自然发 火危 险程 度 的外 在 因素 进行 主 观评
有机 气体 增 加 ， 当人 们 接 近 火 源 时 ， 有 头 痛 、 故 会 闷
热 、 神 疲乏 等不 适感 。 精
判 ， 出分 值 ； 两 者 综 合 相 加 ， 出相 应 条 件 下 煤 给 将 得
自然发 火 的总分 值及 其分 类 。 （） ３ 经验 统计 预 测 法 。经 验 统计 是 通 过 对 已有
收 稿 日期 ： ０ ８～０ ２０ ６—２ ９
（ ） 用气 体 成分 分 析 预 报 自燃 。利用 仪 器 分 ２利
析 和检测 煤 在 自燃 和可燃 物在 燃烧 过 程 中释放 出 的 烟气 或其 他气 体 ， 可预 报火 灾 。为此 ， 须指 定具 备 必 灵敏 性 、 规律性 和 可测 性 的指标 气体 ， 标气 体分 析 指
（） １ 自燃 倾 向性 预 测法 。煤 自燃 倾 向性 是 指 煤 层 开采 之前 ， 自然 发火 的可 能 程 度 。所 有 煤 种 均 其 具有 自燃倾 向性 ， 只是 不 同煤 种 、 同环境 条件 下 的 不
煤层的火灾预测与预报
煤层的火灾预测和预报作者：安全管理网来源：安全管理网点击： 730 评论：1更新日期：2011年07月11日2、气体成分分析法用仪器分析和检测煤在自燃和可燃物在燃烧过程中释放出的烟气或其它气体产物，预报火灾。
1）指标气体及其临界指标能反映煤炭自热或可燃物燃烧初期阶段特征的、并可用来作为火灾早期预报的气体叫指标气体。
指标气体必须具备如下条件：①灵敏性，即正常大气中不含有，或虽含有但数量很少且比较稳定，一旦发生煤炭自热或可燃物燃烧，则该种气体浓度就会发生较明显的变化。
②规律性，即生成量或变化趋势与自热温度之间呈现一定的规律和对应关系。
③可测性，可利用现有的仪器进行检测。
目前，如表10—４－３所示。
2）常用的指标气体（１）一氧化碳（ＣＯ），一氧化碳生成温度低，生成量大，其生成量随温度升高按指数规律增加，是预报煤炭自燃火灾的较灵敏的指标之一。
在正常时若大气中含有CO，则采用CO作为指标气体时，要确定预报的临界值。
确定临界值时一般要考虑下列因素：①各采样地点在正常时风流中ＣＯ的本底浓度；②临界值时所对应的煤温适当，即留有充分的时间寻找和处理自热源。
应该指出的是，应用ＣＯ作为指标气体预报自然发火时，要同时满足以下两点：①ＣＯ的浓度或绝对值要大于临界值；②ＣＯ的浓度或绝对值要有稳定增加的趋势。
（3）乙烯，实验发现，煤温升高到80℃～120℃后，会解析出乙烯、丙烯等烯烃类气体产物，而这些气体的生成量与煤温成指数关系。
一般矿井的大气中是不含有乙烯的，因此，只要井下空气中检测出乙烯，则说明已有煤炭在自燃了。
同时根据乙烯和丙烯出现的时间还可推测出煤的自热温度。
（４）其它指标气体，国外有的煤矿采用烯炔比（乙烯和乙炔（C2H2）之比）和链烷比（C2H6/CH4)来预测煤的自热与自燃。
五、采样点设置测点设置的总要求是，既要保证一切火灾隐患都要在控制范围之内，并有利于准确地判断火源的位置，同时要求安装传感器少。
测点布置一般原则是：１）在已封闭火区的出风侧密闭墙内设置测点，取样管伸入墙内1ｍ以上；2)有发火危险的工作面的回风巷内设测点；３）潜在火源的下风侧，距火源的距离应适当；4）温度测点设置要保证在传感器的有效控制范围之内；5）测点应随采场变化和火情的变化而调整。
煤自燃火灾指标气体预测预报的几个关键问题探讨
煤自燃火灾指标气体猜测预报的几个关键问题探讨煤在氧化升温过程中，会释放出CO、CO2、烷烃、烯烃以及炔烃等指性气体。
这些气体的产生率随煤温上升而发生规律性的变化，能猜测和反映煤自然发火状态。
CO贯穿于整个煤自然发火过程中，一般在50℃以上就可测定出来，出现时浓度较高；烷烃〔乙烷、丙烷〕出现的时间几乎与CO同步，贯穿于全过程，但其浓度低于CO，而且在不同煤种中有不同的显现规律；烯烃较CO和烷烃出现得晚，乙烯在110℃左右能被测出，是煤自然发火进程加速氧化阶段的标志气体，在开始产生时，浓度略高于炔烃气体；炔烃出现的时间最晚，只有在较高温度段才出现，与前两者之间有一个显然的温度差和时间差，是煤自然发火步入激烈氧化阶段〔也即燃烧阶段〕的产物。
因此，在这一系列气体中，选择一些气体作为指标气体，以及准确检测，就能可靠判断自然发火的征兆和状态。
C2H6浓度C3H8浓度预报结果处理措施＜50×10-6无无正常〔50～500〕×10-6无无采空自燃隐患查明原因，注胶防火〔500～1 000〕×10-6 无有有无有采空区已自燃采空区已自燃采空区已自燃马上注胶灭火马上注胶灭火停止生产，马上注胶灭火〔1 000～3 000〕×10-6 有有采空区有明火停止生产，马上注胶灭火 C2H6浓度C3H8浓度预报结果处理措施〔0～24〕×10-6〔24～100〕×10-6＞100×10-6无无无无无无正常有自燃隐患有明火查明原因，尽快采用注胶防灭火马上停止生产，查明原因，迅速采用有效防灭火措施5 结论指标气体在煤自然发火状态的猜测预报和该类火灾的早期预防方面有积极的意义，早就被世界各主要采煤国家采纳。
但由于指标选择及现有的检测技术问题，往往不能正常发挥指标气体的作用。
结合现场使用状况系统地总结了“七·五〞及其以后我国关于指标气体研究的重要成果，对指标气体的选择有指导性意义。
应用气体分析法预测预报煤自然发火
应用气体分析法预测预报煤自然发火
王福生;郭立稳;张嘉勇;朱令起
【期刊名称】《矿业安全与环保》
【年(卷),期】2007(034)002
【摘要】通过煤的升温氧化实验,分析煤氧化释放气体随煤温变化规律,确定煤自然发火预测预报的指标气体.运用灰色关联分析方法,对各主要指标气体进行了可信度分析.根据实验数据和分析结果,建立了煤自然发火的预报系统.
【总页数】2页(P21-22)
【作者】王福生;郭立稳;张嘉勇;朱令起
【作者单位】河北理工大学,资源与环境学院,河北,唐山,063009;河北理工大学,资源与环境学院,河北,唐山,063009;河北理工大学,资源与环境学院,河北,唐山,063009;河北理工大学,资源与环境学院,河北,唐山,063009
【正文语种】中文
【中图分类】TD75+2
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利用指标气体预测预报煤自燃火灾
中 ， 、 、 为 火 灾 系 数 ；５Ｃ ２＋ Ｃ 一 ０ 为 ２ ３ ＋ Ｏห้องสมุดไป่ตู้、 ５ Ｏ、 ５ ２
预测地 点 的 Ｃ Ｃ Ｏ 、 Ｏ浓度 增加 量 ， Ｏ 浓度 减少 量 。 应 用上 述预 测方 法 ， 取得较 好 的预 报效 果 ， 该
乙烷 的发 生量 高于 乙烯 的发 生量 ，乙烷 与 乙稀 之 比与温 度 的升 高 ， 烷烯 比” 逐渐 减少 。 “ 值 根 据 上 述 确 定 的 乙烷 与 乙稀 的 比值关 系 ， 就
此 ，一氧 化碳 的生 产量 成 了预测 煤 炭 自燃 的重要
或 进行 一定 的组合 运算 ， 分析 某地 点 的气体 ， 即可
预 测某地 点 区域 的煤所 处 的温度 范 围［。 ２ ］
这种通 过 气体 分析来 判 断煤温 进而 进行 自然 发火 预报 的方 法 ， 称 为间接 温度法 ， 最适 用和 可 是
Ｃ Ｈ 、 ２ 微 量气 体 依 次 出现 。尽 管 因煤 种 不 ２ ＣＨ 等 同 ， 度范 围有所 不 同 ， 某一 煤种 总有 固定 的范 温 但 围和 规律 可循 ， 根据 上 述气 体 的有 或无 、 多或 少 ．
实 验结果 表 明 ， 炭 从 常温 升到 １０℃时 ， 煤 ６ 一 氧化碳 的生成 量 随煤炭 温 度升 高而 成倍 增 加 。因
体 ， 因为从 煤炭 的 自热到 着火燃 烧 阶段 ， 不 断 是 都
地放出 Ｃ Ｏ。 因此 ， 只要在 空气 中稳 定地 出现 微量
够完善之处 ： ①预报过早 ， 若在风流 中检测出乙烯
（ 温 １０ ｑ ～ ３ Ｃ）就 进 行 预 报 ，对 燃 点 为 煤 Ｃ １０ ｑ １ ３ ０ｑ～ ６ Ｃ ４ ３ ０ｑ 的气 煤 来说 ．距 燃 点还 相差 ２ ０ｑ Ｃ ０ Ｃ
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应用气体分析法预测预报煤自然发火
摘要：通过煤的升温氧化实验，分析煤氧化释放气体随煤温变化规律，确定煤自然发火预测预报的指标气体。
运用灰色关联分析方法，对各主要指标气体进行了可信度分析。
根据实验数据和分析结果，建立了煤自然发火的预报系统。
关键词：煤炭；自然发火；预测预报；指标气体
自燃火灾是煤矿的重大灾害之一，严重地影响着煤矿的正常生产。
做好煤炭自然发火早期预测预报工作是预防自燃火灾的关键，目前普遍采用的预报方法是气体分析法。
应用气体分析法预测预报煤自然发火，首先要找出能反映煤自然发火特征的指标气体。
在实践过程中，经常发现各指标气体给出不同甚至相反的预报结果，因此必须对各指标气体的可信度进行分析，避免漏报或误报。
1煤的升温氧化实验
1.1实验系统
本实验主要是通过测定煤升温氧化过程中所放出的一系列反映煤自燃
特征气体的含量，并根据气体生成量随煤温升高的变化规律，找出可以灵敏、准确地反映煤早期自燃特征的气体，作为指标气体进行煤炭自然发火的早期预测预报。
实验系统是由煤加热升温氧化系统、气体进样和分析系统、数据处理系统等部分组成，如图1所示。
1.2结果分析
本次实验分别从开滦赵各庄矿9煤层和12煤层采集了9个煤样进行升温氧化实验。
对实验结果分析可知：适合于赵各庄矿煤炭自然发火预测预报的指标气体主要是一氧化碳(CO)、乙烷(C2H6)、乙烯(C2H4)和乙烯比乙烷(C2H4/C2H6)。
煤的自燃氧化过程分为3个氧化阶段：缓慢氧化阶段、加速氧化阶段和激烈氧化阶段。
3个阶段的温度范围：300℃。
图1实验系统示意图
2指标气体可信度分析
采用灰色关联分析法，通过计算煤在氧化过程中各指标气体与煤温的关联度，来评判各指标气体的可信度。
由实验结果分析可知，缓慢氧化阶段(<180℃)的指标气体主要是CO和C2H6，此阶段各煤样CO体积分数随温度变化比C2H6表现出了更强的规律性，而且出现较早，作为预测指标气体明显优于C2H6，在这里对二者不再进行关联分析。
而在加速氧化阶段(180~300℃)，C2H4和C2H6都已出现，如果各指标气体的预测结果产生矛盾，容易发生误报或漏报。
而此阶段是煤炭自然发火早期预测预报的关键时期，所以有必要分析各指标气体的可信度。
在激烈氧化阶段，煤已将近燃烧，对于早期预测预报已没有意义。
所以，选取了温度(t)在[180，300]之间对各气体指标进行关联分析。
计算各煤样与温度变化的灰色关联度如表1所示。
表1各煤样的灰色关联度
由表1可知，在加速氧化阶段即f在[180，300]范围内，C2H4，C2H6C2H4/C2H6与温度的关联度要比CO高，也就是说，在此阶段(180~300℃)C2H4，C2H4C2H4/C2H6的预测结果正确性的可信度要比CO
高。
3建立预测预报系统
首先根据实验数据建立指标气体与煤氧化温度变化之间的数学模型。
在缓慢氧化阶段(煤温小于180℃)，预测指标气体主要是CO，因此在该阶段建立CO体积分数与温度关系模型；在加速氧化阶段(煤温在180～300℃)，经灰色关联分析可知烃类气体指标(C2H4，C2H6，C2H4/C2H6)要比CO的可信度高。
煤在氧化过程中释放的C2H4和C2H6的量很少，容易受到外界因素的干扰，会给分析结果带来误差，而C2H4/C2H6克服了通风条件的影响，作为预测指标要优于C2H4和C2H6，所以选用C2H4/C2H6比值与温度关系模型作为预测模型，同时做出了在此阶段CO体积分数与温度关系模型，二者相互印证。
预报系统的结构框图如图2所示。
图2预报系统结构框图
4结语
应用气体分析法预测预报煤自然发火．首先要建立煤的升温氧化实验系统，通过分析煤样在升温氧化过程中释放出来的气体随煤温变化规律，确定适合煤自然发火预测预报的指标气体。
运用灰色关联分析，对指标气体预测预报结果的可信度进行了分析，并在此基础上，建立煤自然发火的预报系统。
应用该系统就可以对煤的自然发火进行有效的预测预报。
参考文献：
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