煤层自然发火指标气体的选择方法
煤自然发火规律及指标气体优选研究
煤自然发火规律及指标气体优选研究煤自然发火规律及指标气体优选研究煤自然发火除了受环境温度、煤水分及其它因素影响外，更主要是受氧气、一氧化碳、氮气及水蒸气浓度影响，因此研究不同类型、温度及煤水分的煤自然发火规律与其指标气体优选，对煤炭储量的资源的利用及煤的聚烃分子的结构特征有着重要的意义。
为了研究不同煤样品自然发火规律及指标气体优选，我们建立了一款燃烧的煤样品检测装置，该装置具有温室实验室，火焰检测传感器，气体传感器，氢、碳、氧仪器及水分分析仪，可用来保证实验数据准确可靠。
首先，将不同煤样进行温度和水分预处理，并将其放入到燃烧室中。
在实验前先做煤的发火时间测量，当发热室内火焰温度达到400摄氏度时，即可视为自然发火。
随后使用气体传感器及氢、碳、氧仪器等设备检测燃烧室中的CO、CO2、N2浓度等指标气体，同时使用水分仪测量燃烧前后各样品的紧度水分。
经过上述分析后，形成一系列数据，可以用来得出不同煤样必然发火的规律，以及不同温度、煤水分下煤样优选指标气体的比较和研究结果。
若可以研究出不同煤样、不同温度、不同煤水分下的煤自然发火规律及指标气体优选的规律性，有助于提高煤的质量，防止煤自燃等。
除此以外，该研究还可以为煤炭储量的资源的利用和煤的聚烃分子的结构特征的研究奠定基础，有着重要的实用意义。
基于上述有关煤自然发火规律及指标气体优选研究设想，本文将在此基础上进行实验研究，并按照实验安排，以更为详细的案例记述本实验过程，以针对性地研究出煤自然发火规律及指标气体优选规律，为全面研究煤自然发火提供可行性策略。
本文实验研究釉里，将试料进行温度预处理，把不同煤范围温度下（1100，1200，1300，1400，1500）的试料放入到燃烧室中，并采用试灼法检测煤的发火时间；同时使用气体传感器及氢、碳、氧仪器等设备检测燃烧室中的CO、CO2、N2浓度等指标气体，同时使用水分仪测量燃烧前后各样品的紧度水分，以便观察多个维度的影响，深入分析不同温度下煤的燃烧行为变化规律，优选出自然发火的指标气体及相关的温度等数据。
煤层自然发火标志气体及临界值确定
第51卷第12期2020年12月Safety in Coal Mines Vol.51 No. 12 Dec. 2020移动扫码阅读D O I：10.13347 /j.c n k i.m k a q.2020.12.045王伟.煤层自然发火标志气体及临界值确定[J].煤矿安全,2020,51 (12) :219-223.WANG Wei. Ascertainment of Coal Spontaneous Combustion Mark Gas and Critical V alue[j]. Safety in Coal Mines, 2020. 51( 12): 219-223.煤层自然发火标志气体及临界值确定王伟I’2,3(1.煤炭科学研究总院，北京100013;2.煤科集团沈阳研究院有限公司，辽宁抚顺113122;3.煤矿安全技术国家重点实验室，辽宁抚顺113122)摘要：以神东矿区5个不同煤层为研究对象，利用程序升温实验优选出神东矿区煤层自然发火标志气体，得出了不同温度条件下C0产生速率，通过现场测试工作面回风隅角及采空区C O和02体积分数，划分采空区散热带和氧化带的宽度，建立回风隅角C0指标临界值的计算模型，最终给出回风隅角C0指标临界值。
结果表明：神东矿区煤层自然发火标志气体为C O、C2H4、C2H2，可分别作为煤自然发火初期、加速阶段和激烈氧化阶段的标志气体；正常开采条件下，回风隅角C0指标临界值为90x10'当上升至350X K T6时，采空区遗煤已达临界温度（60〜70尤）。
关键词：自然发火；标志性气体；临界值;C0产生速率；临界温度中图分类号：T D75+2.2 文献标志码：A文章编号：1003-496X(2020) 12-0219-05Ascertainment of Coal Spontaneous Combustion Mark Gas and Critical ValueWANG Wei1，2,3(\.China Coal Research Institute, Beijing100013, China;2.China Coal Technology and Engineering Group Shenyang Research Institute, Fushun113122, China;3.State Key Laboratory o f Coal Mine Safety Technology, Fushun113122, China) Abstract: Based on five seam coal samples from Shendong Mining Area as the study objects, the spontaneous combustion mark gases were optimized using the temperature programming experiment. Meanwhile, the CO gas production rate under different temperature conditions was obtained. The CO and 02volume fraction of return air corner and goaf was tested at the field, and the width of heat dissipation zone and oxidation zone was also divided. The computational model of CO index critical value in return air c omer was established. The study results showed that the mark gas of coal spontaneous combustion in Shendong Mining Area was CO, C2H4and C2H2which can be used as the sign for the coal spontaneous combustion initial stage, the acceleration stage and the intense oxidation stage. The critical value of the CO index in return comer was 90xl0~6. When the CO volume fraction reached 350xl0'6, the gob coal had reached the critical temperature which was 60 ^to 70 Tl.Key words: spontaneous combustion; mark gas; critical value; CO gas production rate; critical temperature《煤矿安全规程》(2016)“防灭火”部分增加了 “开采容易自燃和自燃煤层时，必须开展自然发火 监测工作，建立自然发火监测系统，确定煤层自然 发火标志气体及临界值，健全自然发火预测预报及 管理制度”的内容(第二百六十一条)[11。
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。
煤层自燃倾向性的鉴定方法
煤层自燃倾向性的鉴定方法(图文)我国目前预测自然(1)在实验室确定自燃倾向性等级;(2)根据本矿或条件相似(近)矿井或采区的已有的自然发火的统计资料，确定待采(或本)煤层的自然发火期。
发火的方法有：一、煤层自燃倾向性的鉴定方法1992年版的《煤矿安全规程》执行说明规定采用吸氧量法。
即“双气路气相色谱仪吸氧鉴定法”，鉴定结果按表10-4-1分类(方案)确定自燃倾向性等级。
[最专业的安全生产管理-风险世界网]二、煤层自然发火期的估算方法及其延长途径1、煤层的自然发火期估算方法目前我国规定采用统计比较和类比的方法确定煤层的自然发火期。
其方法如下：(1)统计比较法，矿井开工建设揭煤后，对已发生自然发火的自然发火期进行推算，并分煤层统计和比较，以最短者作为煤层的自然发火期。
计算自然发火期的关键是首先确定火源的位置。
此法适用于生产矿井。
(2)类比法，对于新建的开采有自燃倾向性的煤层的矿井，可根据地质勘探时采集的煤样所做的自燃倾向性鉴定资料，并参考与之条件相似区或矿井，进行类比而确定之，以供设计参考。
此法适用于新建矿井。
2、延长煤层自然发火期的途径煤炭自燃的发展过程受自燃倾向性(即低温时的氧化性)、堆积状态、通(漏)风强度(风量和风速)以及与周围环境的热交换条件等多种因素影响，其发展速度是可以通过人为措施而改变的，因此，煤层的自然发火期是可以延长的。
其途径有：1)减小煤的氧化速度和氧化生热，减小漏风，降低自热区内的氧浓度;选择分子直径较小、效果好的阻化剂或固体浆材，喷洒在碎煤或压注至煤体内使其充填煤体的裂隙，阻止氧分子向孔内扩散。
2)增加散热强度，降低温升速度。
增加遗煤的分散度以增加表面散热量;对于处于低温时期的自热煤体可用增加通风强度的方法来增加散热;增加煤体湿度。
三、外因火灾预测外因火灾预测可遵循如下程序：(1)调查井下可能出现火源(包括潜在火源)的类型及其分布;(2)调查井下可燃物的类型及其分布;(3)划分发火危险区(井下可燃物和火源(包括潜在火源)同时存在的地区视为危险区)。
煤层自然发火期及自然发火标志性气体指标
ＳＣＩＥＮＣＥ ＆ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ ＩＮＦＯＲＭＡＴＩＯＮ
○矿业论坛○
科技信息
煤层自然发火期及自然发火标志性气体指标研究
马炳辉 赵红星 魏玉良 （山西煤炭运销集团有限公司 长治有限公司一通三防部，山西 长治 046000）
【摘 要】为了明确煤层自然发火标志性气体的种类及在煤层自燃整个进程中所起的标志性作用，更好的把握煤层自然发火的进程，进而 采取相应的措施防灭火，对唐口煤业的煤样进行了氧化试验，结果表明 CO 可以作为预测预报自然发火的指标气体，其预测的温度范围应该在 72℃~188℃之间。 但是 CO 的出现临界温度很低，仅为 66℃左右，并在整个自然发火过程中都有 CO 产生，仅靠 CO 浓度来确定煤自然发火的 进程有一定难度，应在实际生产过程中不断发现并 总 结 CO 派 生 指 标 的 规 律 ，并 借 助 这 些 指 标 综 合 判 断 自 然 发 火 初 期 （2℃~188℃）的 火 灾 状 态。 烯烃气体 C2H4 可以作为预测预报煤自然发火加速阶段的标志气体，其预测的温度范围应在 180℃~230℃之间。 其代表 C2H4 可以视为煤氧 化已确实进入自热加速阶段的标志气体。 C2H4/C2H6 可作为判别煤自然发火进程的标志气体指标，其第一峰值是煤的氧化已进入激烈氧化阶 段的标志。
【关键词】
1 煤的自然发火期
煤的自然发火期就是煤体温度达到自然发火点的时间值，对于煤 的自然发火期的研究，一般都是通过实验的方法，间接模拟采空区或 煤体内部的环境条件，通过煤体在一定的外在条件的影响下，煤体达 到发火的时间统计。 针对唐口煤业自然发火期的研究，唐口煤业有限 公司委托抚顺分院对其自然发火期进行了实验。 实验的结论如下： 1．1 最短自然发火期： 通过煤样绝热氧化实验确定 3 上煤 样 的 最 短 发火期为 54 天。 1．2 自然发火期范围： 考虑煤矿井下现场环境影响及仪器在 测 定 过 程中添加系数、仪器常数的因素，自然发火期的范围为 54~118 天。
煤层自然发火指标气体的选择方法
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１ ６ ５
煤 层 自然 发 火 指 标 气体 的选 择 方 法
张 均 仿 刘 合 延 王 立 英 ， ，
（ ． 州市郭庄矿业公司锦 丘煤矿 ， １滕 山东 滕 州 摘 要 ２７ １ ；． ７５ ７ ２ 山东省煤 田地质局第一勘探 队， 山东 滕 州 ２７ ０ ７ ５０）
指标气体试验优选 能够 为煤层 自然火灾早起 预报提供
参考依据 。 １ 指标 气体 优选原 则 （） １ 灵敏性 ： 煤矿 井下一旦 有煤炭处 于 自燃 状态 ，
且煤温超过一定值 时 ， 则该气体一定 出现 ， 生成量随 其
煤温升高稳定增加 ；
空 气
（） ２ 规律性 ： 指标 气体 的浓 度 变化 与煤 温之 间有
为实验煤样。
５ ５ ．９ ５ ６ Ｏ ２ ．７ ７４
８ ７ ．９ ８３ ９ ５ ．５ ０４ ５ １ ．６
１ ．５ ５５ ０ ｏ ．０
６ ２ ． ｏ ２ ０ ５ ８ ｌ７ ２ ２ ． ７ ５ ９ Ｏ０ ３ ．２ ７ ７６ １ Ｄ ．０ ３．２ ７ ６ ８． ４ ．０ ６ ６ １ ３ ８ ０ ３ ７ ５ ３ ２ ９ １ ５ ． ８ ９ ４ ０ 【】 ８ ． ８ ４ ６ ．９ ９ ３ ．８ ２．１ ８ ０ ６． ６ ．ｘ ４ ２
分析 。
４ 实验原 始数 据 （ １ 表 ）
表 １ 实验 取 得 的 气 体 成 分 及 浓 度 （ 单位 ：ｐ ｐ ｍ）
温度（ ℃）
３ ０ ４ ０ ５ ０
指标气体实验 系统 图如 图 １ 示 ， 主要 由程序 所 其 控温箱 、 气体分析仪 、 铜质煤样罐 、 预热气路 、 温度控制
Ｃ ４ Ｃ Ｈ ＣＨ ＣＨ Ｃ Ｈ Ｈ ２ ４ ２６ ２２ ３８
煤层自然发火预测预报制度及管理制度
煤层自然发火预测预报制度及管理制度为了贯彻落实《防灭火规定》及上级文件精神，根据《煤矿安全规程》（2016）第261条“开采容易自然和自然煤层时，必须开展自然发火监测工作，建立自然发火监测系统，确定煤层自然发火标志气体及临界值，健全自然发火预测预报制度及管理制度”的规定。
结合我矿实际情况，特制定煤层自然发火预测预报制度及管理制度一、煤层自然发火预测预报制度1、我矿现开采的煤层属于自燃煤层，且煤尘具有爆炸性，所以矿井所有采掘工作面都必须建立自然发火预测预报制度。
2、矿井自然发火预测预报工作由总工程师负责，具体业务由通风工区负责组织实施。
3、采区和回采工作面回采结束45天后必须全部撤出设备，进行永久性封闭。
建立永久性防火密闭，必须预留灭火灌浆及防火观察孔门、风窗、风桥等通风设施，也应按防灭火的要求正确选择位置砌筑。
4、防火密闭的气体、温度，每周进行一次检测，同时对流水温度也要进行测定。
取出的气样及时进行气体化验室分析。
5、防火密闭如出现气体温度升高、有 CO出现、或水温升高等现象，必须立即报总工程师，并采取措施防止自然火灾的发生。
6、对全矿井自然发火危险区进行定期、系统的观测。
观测点应选在：采空区回风侧防火墙处，回采工作面上隅角、采区回风巷中，观测内容为： CO、CO2、CH4、O2等气体成分，气温、水温、风量以及密闭内外压差和表面自然发火征兆。
7、采用 CO的相对量和绝对量，以及格雷姆系数作为自然发火的预报指标。
8、利用束管监测系统对个别采空区有害气体含量进行监测，取样分析等。
9、教育从业人员了解矿井自然发火的征兆，如发现自然发火的预兆时，及时向有关领导和调度室汇报。
10 、由通风工区负责每月对全矿的总回风巷、采区回风巷进行一次详细的自然发火征兆观察，从大范围上分析井下有无自燃发火。
11、通风工区每周安排专人对井下综采工作面的上隅角、综采工作面回风巷和采空区回风密闭及其它可能发热的地点进行一次全面观测。
3#煤层自然发火标志气体及临界值确定
3#煤层自然发火标志气体及临界值确定王永敬【摘要】为做好综放工作面自然发火分级预警,以主采的3#煤层为研究对象,通过程序升温实验、现场测试及统计分析的方法,优选出煤层的自然发火标志气体和确定得到工作面采空区、回风隅角和回风流中CO指标临界值,并依此建立了工作面煤自然发火分级复合指标预警体系.结果表明:采空区、回风隅角和回风流中CO浓度临界值分别为242×10-6、59.6×10-6和20×10-6;各个区域建立绿(I级)、蓝(II 级)、橙(III级)和红(IV级)共4级预警响应.【期刊名称】《煤矿安全》【年(卷),期】2019(050)004【总页数】6页(P195-199,204)【关键词】综放工作面;自然发火;标志气体;临界值;预警体系【作者】王永敬【作者单位】煤炭科学研究总院,北京 100013;煤科集团沈阳研究院有限公司,辽宁沈阳 110016;煤矿安全技术国家重点实验室,辽宁抚顺 113122【正文语种】中文【中图分类】TD75+2.2煤自燃火灾是威胁煤矿安全生产的5大灾害之一[1-4]，全国近80%的开采煤层具有自燃倾向性，国有重点煤矿开采的厚煤层大部分都存在煤自然发火问题[5-6]。
每年因煤火引起的灾害事故超过4 000起，造成了重大人员伤亡和财产损失。
工作面采空区煤自燃已严重威胁着矿井安全生产。
为此《煤矿安全规程》第二百六十一条及其执行情况说明规定：“开采容易自燃和自燃煤层时，必须开展自然发火监测工作，建立自然发火监测系统，确定煤层自然发火标志气体及临界值，健全自然发火预测预报及管理制度。
”近年来，自然发火标志气体优选和临界值大多通过实验室实验利用气体分析法获得[7-10]。
而CO产生受煤层本身性质、采掘条件等因素影响，仅靠实验获得其临界值已不能准确指导现场实际生产。
新疆哈密某矿主采3#煤层，吸氧量为0.99 cm3/g，属于容易自燃煤层，存在低温易氧化等特点。
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煤层自然发火指标气体的选择方法
煤层自然发火指标气体的选择方法
一、煤层自然发火的特征概述：
1、煤层发火是一种常见的地质灾害，也是岩溶作用过程中的重要组成部分，是煤
矿安全生产的重要影响因素；
2、煤层自然发火有几种发火特征，如温度升高、膛内温度显著下降、膛内水渗变
小和有机质分解等，因而在钻井作业中常常以观测孔底水或空气中气体指标浓度变化等方法进行识别；
3、发火指标气体包括硫化氢、一氧化碳、甲烷等，可以由孔底气、孔底水和矿层
空气等多种采样媒介测产，研究表明，截至目前科学家可以确定的指标气体有几种；
二、煤层自然发火指标气体的选择：
1、硫化氢：硫化氢是煤层发火中最常用的发火指标气体之一，对煤层发火诊断具
有很重要意义；
2、一氧化碳：一氧化碳是煤层发火的重要指标气体，可以用于识别并定量分析发
火程度，一氧化碳浓度也是监测煤层发火时最为准确的参数；
3、甲烷：矿层中的甲烷气体也是发火潜能的重要指标之一，甲烷异常的出现可见
煤层的自燃潜能增加；
4、硝酸氢：硝酸氢是矿层及空气中唯一直接表明煤层发火程度的指标气体，它可
以定性分析煤层发火情况，也可以定量地给出诊断值；
5、氢气和氧气：氢气比作为一种重要的发火指标气体，可以作为煤层自然发火的
有效检测参数，它可以诊断煤层内温度、煤层发火潜能和燃烧情况；而氧气作为一种重要的后期发火指标气体，可以评估煤层发火的最终进展情况。
综上所述，煤层自然发火指标气体的选择要根据煤层发火情况的不同，选择相应的指标气体进行检测，以正确对待煤层发火的特征和趋势特征。
煤矿的安全生产将会更加安全可靠。