变氧浓度条件下崔家寨矿煤自燃特性的实验研究
氧气浓度对煤氧化特性及自燃极限参数影响的实验研究
氧气浓度对煤氧化特性及自燃极限参数影响的实验研究王建利【摘要】为了研究不同氧气浓度情况下,煤的自燃特性和极限参数的变化规律.采用煤自燃程序升温实验对煤样在21％,14％,8％和4％这四种氧气浓度情况下氧化过程进行了测试.得到了煤氧化过程中的耗氧速率和放热强度,并计算得到煤的自燃极限参数.实验结果表明:降低氧气浓度会使煤氧化过程中的耗氧速率和放热强度出现显著的降低.煤的最小浮煤厚度随煤温的升高,呈现先升高后降低的趋势,而上限漏风强度变化趋势正好相反.最小浮煤厚度的最大值和上限漏风强度最小值出现温度与煤样的临界温度相近.降低氧气浓度会显著抑制煤的氧化放热,造成煤的最小浮煤厚度明显增加,下限漏风强度明显降低.【期刊名称】《陕西煤炭》【年(卷),期】2019(038)001【总页数】6页(P9-13,50)【关键词】煤;自燃特性;极限参数;放热特性【作者】王建利【作者单位】陕西陕煤韩城矿业有限公司通风管理部,陕西韩城715400【正文语种】中文【中图分类】TD752.20 引言煤自燃火灾是威胁我国矿井安全生产的主要灾害之一［1］。
煤自燃火灾不仅会造成严重的经济和财产损失，甚至造成严重的人员伤亡事故［2］。
在矿井生产过程中的煤自燃火灾主要是采空区中遗煤自燃引发的，具有隐蔽性、易复燃和防治难度大等特点［3］。
因此，采空区煤自燃隐患的预防是煤自燃火灾防治的重点［4］。
采空区中遗煤发生自燃是由煤自燃的内在属性和外在条件共同作用的结果［5-6］。
因此，针对采空区遗煤自燃的预防不仅要研究遗煤自燃特性，而且导致煤发生自燃的外在条件也是研究的重点之一［7］。
能导致煤自燃的外部条件的极限值称为煤自燃极限参数，包括:最小浮煤厚度、下限氧浓度、上限漏风强度［8］。
针对这些外在条件，学者研究得出了煤自燃极限参数的计算公式［9］，并研究了不同变质程度［10］、粒度［11］、阻化剂［12］等条件下，煤自燃极限参数的变化规律。
同时学者们基于神经网络、支持向量机等方法研究得出煤自燃极限参数的预测方法，这些研究有力地促进了煤自燃火灾的防治［13］。
不同氧浓度和温度下侏罗纪煤氧化动力学参数规律
不同氧浓度和温度下侏罗纪煤氧化动力学参数规律张辛亥; 张天赐; 王玥; 冯振; 邢二军; 周山林【期刊名称】《《西安科技大学学报》》【年(卷),期】2019(039)004【总页数】7页(P564-570)【关键词】煤的氧化; 氧气浓度; 耗氧速率; 活化能【作者】张辛亥; 张天赐; 王玥; 冯振; 邢二军; 周山林【作者单位】西安科技大学安全科学与工程学院陕西西安710054; 内蒙古伊泰广联煤化有限责任公司内蒙古鄂尔多斯017200【正文语种】中文【中图分类】TD7520 引言煤自燃是煤与氧气作用自发地产生热量，低温氧化自动加速过程。
煤与空气接触后，首先通过物理吸附放出热量，然后与氧气发生化学反应，产生化学反应热，这是热量自发产生的根源之一[1-2]。
煤的氧化动力学参数在一定程度上反映出化学反应的难易程度，煤的表观活化能越小化学反应越容易，其表观活化能越大则化学反应越难进行。
因此自燃倾向性可以用煤低温氧化反应动力学参数表征[3]。
煤的自燃倾向性是决定煤实际自燃危险的关键内在因素[4-5]。
氧气作为参与反应的物质之一，也是一个非常重要的影响因素。
研究表明，动力学参数随着氧浓度的降低而降低，不同的氧浓度范围导致不同的降低率[6-7]。
通过实验研究煤的氧化反应动力学，分析其自燃倾向性。
研究结果对矿井煤自燃防治意义重大。
王德明等在分析煤中活性基团结构形式，及低温氧化反应机理的基础上，提出了煤的氧化机理及动力学参数的计算方法[8]。
马砺，邓军等通过TG-DSC联用系统，进行煤在不同的O2和CO2浓度条件的氧化实验，通过动力学分析计算其氧化反应动力学[9]。
邓军等研究了煤在水浸泡3个月后的氧化动力学，分析了水浸泡和预氧化对其自燃性的影响[10]。
刘剑等提出了划分煤自燃倾向性的活化能指标[11]；陆伟等通过绝热氧化实验，进一步明确了以“煤氧化活化能”为自燃倾向性鉴定指标[12]；仲晓星等提出根据煤自燃性程序升温氧化实验过程中CO浓度指标随温度变化情况，来计算该过程的活化能[13]；张辛亥等以煤低温氧化耗氧速率为基础，计算出不同变质程度的煤的氧化动力学参数，提出应结合活化能和指前因子表征煤自燃性[14]；余明高等利用煤的氧化动力学测试系统分析煤的自燃性，揭示了煤在低温阶段的自燃活化能及气体产生规律[15]。
用气体分析法预测煤体自燃情况
用气体分析法预测煤体自燃情况
刘金明
【期刊名称】《煤矿机电》
【年(卷),期】2011(000)003
【摘要】@@ 1预测煤体自燃情况的气体分析法rn煤的自燃过程可分为缓慢氧化、加速氧化和剧烈氧化三个阶段,在各阶段产生的CO、CO2、CH4、C2H4、C2H6、C3H8、C2H2等气体的种类和浓度会发生变化.气体分析法根据煤矿井下某些气体的浓度变化特征来识别煤体自燃的发展程度.
【总页数】1页(P113-113)
【作者】刘金明
【作者单位】龙煤集团鹤岗分公司新岭煤矿,黑龙江鹤岗,154106
【正文语种】中文
【中图分类】TD75+2.1
【相关文献】
1.基于指标气体增长率分析法测定煤自燃特征温度 [J], 邓军;赵婧昱;张嬿妮
2.主成分分析法在煤自燃标志性气体优选中应用 [J], 贾宝山;王汉元;金珂;李宗翔;
李守国
3.杨梅山煤矿采用气体分析法预报自燃发火的作法 [J], 邱穗声;肖达湘
4.高温贫氧下不同温度阶段煤体自燃指标气体测试 [J], 赵婧昱;张宇轩;宋佳佳;张
嬿妮;王凯
5.不同煤体自燃指标性气体函数模型特征分析 [J], 文虎; 赵向涛; 王伟峰; 王刘兵; 田晴; 和健
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不同变质程度煤自燃特性实验研究
不同变质程度煤自燃特性实验研究刘宇帅【摘要】利用程序升温实验装置对不同变质程度的煤进行氧化升温实验,对实验过程中的临界温度变化,CO、CO2、CH4浓度变化等的关系进行分析.分析结果表明:煤的临界温度随煤的变质程度增加而升高64.79℃(长焰煤)、69.86℃(不黏煤)、71.23℃(气煤);CO、CO2、CH43种气体升温过程中的浓度变化随变质程度的增加而减小;煤的氧化自燃倾向性在一定程度上随煤的变质程度的增加而降低.【期刊名称】《煤矿安全》【年(卷),期】2019(050)002【总页数】5页(P10-13,18)【关键词】煤变质程度;程序升温;临界温度;标志气体;自燃特性【作者】刘宇帅【作者单位】山东科技大学矿山灾害预防控制—省部共建国家重点实验室培育基地,山东青岛 266590;山东科技大学矿业与安全工程学院,山东青岛 266590【正文语种】中文【中图分类】TD75+2.2煤炭在我国的一次能源消费中占国民经济的主导地位，在未来相当长的一段时间内，以煤炭为主化石能源的消费结构很难被取缔[1]。
在煤矿生产过程中，煤的自燃不仅威胁了井下工作人员的生命安全，还造成了资源的大量浪费[2]。
煤自然发火是由于煤与氧接触时发生化学吸附和化学反应放出热量，当放出热量大于散发的热量时，煤温上升而导致发火，对煤矿的安全生产带来很大威胁[3-4]。
国内外学者对煤自然发火进行了大量研究。
彭本信[5]对不同变质程度的8种煤样进行了实验，在实验过程中利用红外光谱及热分析对不同变质程度煤进行测定，认为在低温氧化时，低变质程度的煤比高变质程度的煤放热量更大，比高变质程度的煤更容易自然发火；K.Markova[6]等通过研究得出亮煤在氧化过程中的活化能高于镜煤；Krishnaswamy[7-9]等通过建立煤在低温氧化过程中的动力模型，对煤样在不同粒度、不同湿度条件下的氧化升温速率进行了解释；舒新前[10]通过对煤在低温氧化原因及机理进行研究，认为在低温氧化阶段丝碳会吸收大量氧，并释放大量的热，从而更易导致煤的自燃。
煤氧化自燃特性参数变化规律的实验研究
煤自燃发展过程的影响因素的研究对煤层自然发火防治具有重要的理论和工程应用价值。首先,通过自然发火实验对黄陵煤样进行分析,得出煤体氧化放热强度、CO产生率、耗氧速度等煤自燃特性参数随煤温变化的基本规律,得出黄陵煤样的临界温度点和干裂温度点等一些基本的煤自燃特性参数。
然后,改变外界空气流量,恒温箱升温速度对四种粒度的黄陵煤样进行程序升Байду номын сангаас实验。最后,根据自然发火实验对黄陵煤样的分析结果对大量程序升温实验数据进行筛选,得出若干组与自然发火实验各特征曲线拟合度较高的特征曲线并研究其特性参数变化规律。
可得出在不同空气流量、升温速度下的程序升温模拟煤自燃过程中,煤体氧化放热强度、CO产生率、耗氧速度等煤自燃特性参数的变化规律,以及临界特征温度点,干裂温度点的变化规律。
煤氧化自燃特性参数变化规律的实验研究
煤层自燃问题一直困扰着我国煤矿的安全生产,严重影响着煤炭工业发展,给矿井生产带来极大安全隐患。由于实际条件下的煤自燃过程很难描述清楚,并且煤自燃的自身特性和外部条件都是不停的随着环境而改变的,例如煤自身粒径大小,风流等外界条件,使得煤层自然发火预测预报技术的发展受到严重制约。
煤自燃氧化升温快速实验研究
响的煤相比有很大的变化,一般挥发分产率下降,碳含量增加,氮含量减少,发热量增加,使煤级高于同一地区,同一时代、同一埋深的深成变质煤。
如鸡西张新地区煤的镜质组最大反射率,未受侵入岩影响的煤最小值为0164%,而受影响的最大值达2160%。
另外煤的灰分含量也在增加,并且距离岩体越近,增加的幅度就越大。
这主要是由于岩浆侵入时,本身携带大量的气、液无机组分,这些高压高温的无机组分渗入煤中,使其灰分增高。
3 结 语 从黑龙江省早白垩世煤变质分带可明显看出,在空间分布上,西部地区以褐煤为主,中部地区以低变质烟煤为主,东部地区则以气煤、1/3焦煤和焦煤为主。
这种空间上的分布特点,是与区域地质构造环境密切相关的,区域地质构造条件的复杂性,决定了煤变质作用的多样性。
总的变质作用是在深成变质作用的基础上,叠加区域岩浆热变质作用、热液变质作用和接触变质作用而完成的。
参考文献:[1] 杨 起1中国煤变质作用[M].北京:煤炭工业出版社,1996.[2] 杨 起,任德贻1中国煤变质问题的探讨[J].煤田地质与勘探,1981(1).[3] 杨 起1中国煤变质研究[J].地球科学11989(4).[4] 杨 起,韩德馨1中国煤田地质学(上册)[M].北京:煤炭工业出版社,1979.[5] 杨 起,潘治贵1区划岩浆地热地质作用及其对我国煤质的影响[J].现代地质,1987(1).[6] 武汉地质学院煤田地质教研室1煤田地质学[M].北京:地质出版社,1979. 作者简介:顾娇杨(1964-),女,江苏无锡人,高级工程师,现在黑龙江省煤田地质勘察设计研究院从事煤田地质方面的研究工作。
收稿日期:2004-05-12;责任编辑:刘军娥煤自燃氧化升温快速实验研究尹文萱,姚刚毅(中国矿业大学化工学院,江苏徐州 221008)摘 要:提出一套系统简单、快速确定煤自燃性的实验装置,并用此装置对影响煤自燃性有关因素进行了实验研究,得出了不同氧化始温、不同煤样、不同氧化剂、不同氧化浓度条件下煤的自燃氧化升温规律。
采空区低氧环境中煤自燃特性及极限参数研究
采空区低氧环境中煤自燃特性及极限参数研究
张伟;高蕾;崔小超;吕庆山;孙计全;杨博
【期刊名称】《煤》
【年(卷),期】2023(32)1
【摘要】采空区氧化升温带内的氧气浓度主要在10%~18%之间,煤主要发生低氧环境氧化。
因此,研究低氧环境中煤自燃特性及极限参数有重要意义。
文章采用煤自燃程序升温实验测试了低氧环境煤自燃氧化特性,得到了CO和C_(2)H_(4)等氧化气体与温度的对应关系。
煤自燃最小浮煤厚度随煤温升高,表现为先上升后下降的趋势,上限漏风强度则表现为先下降后上升的趋势;在煤的氧化温度为60~70℃时,煤自燃极限参数达到极值。
采空区内氧气浓度降低,煤自燃氧化放热性特性逐渐减弱,造成煤的最小浮煤厚度随氧气浓度降低而升高,下限漏风强度随氧气浓度降低而减小。
【总页数】5页(P5-9)
【作者】张伟;高蕾;崔小超;吕庆山;孙计全;杨博
【作者单位】兖矿能源调度指挥中心;兖矿能源集团股份有限公司南屯煤矿;兖煤菏泽能化有限公司;西安科技大学安全科学与工程学院
【正文语种】中文
【中图分类】TD752
【相关文献】
1.粒度对采空区煤自燃极限参数的影响试验研究
2.复合采空区遗煤自燃极限参数变化及危险区域判定
3.凯达煤矿采空区煤自燃极限参数分析
4.不同氧气浓度下采空区煤自燃极限参数研究
5.采空区煤自燃极限参数灰色关联分析及预测
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崔家寨井田煤层自然发火规律分析及对策
崔家寨井田煤层自然发火规律分析及对策
吕志强;孙占刚;刘立国
【期刊名称】《煤矿安全》
【年(卷),期】2008(039)003
【摘要】介绍了崔家寨井田自然发火状况,分析了井田内煤层自然发火规律,总结出适合本井田的防治煤层自然发火的一些实用的技术措施.
【总页数】3页(P82-84)
【作者】吕志强;孙占刚;刘立国
【作者单位】中国矿业大学矿业工程学院,江苏,徐州,221008;开滦集团蔚州公司,崔家寨矿,河北,蔚县,075700;开滦集团蔚州公司,崔家寨矿,河北,蔚县,075700;开滦集团蔚州公司,崔家寨矿,河北,蔚县,075700
【正文语种】中文
【中图分类】TD75
【相关文献】
1.色连二矿煤层自然发火规律研究及对策 [J], 程佰旺;赵庆伟;郁亚楠
2.麻家梁矿4号煤层自然发火规律及防治技术研究 [J], 李云龙
3.义马矿区煤层自然发火规律及其防治对策 [J], 翟二安
4.列家桥矿煤层自然发火成因分析及防治 [J], 欧阳习文;刘自强
5.崔家寨矿6号煤层井田两翼煤炭燃烧特性的试验研究 [J], 王玉怀;任建军;索航;余博
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收 稿 日期 ：０ ０ ０ — ３ ２ １— ５ ２
煤 的复 燃 特 性 一 方 面 与燃 烧 后 的煤 所 处 的外 界 环 境有 关 ， 同时还 与 煤 自身 的 自燃 特 性 和 自燃 进 程有
关， 考察煤 的 自燃特性和 自燃进程 ， 建立专门的煤 需 自 燃程序升温实验系统． 本程序升温煤 自燃模拟测试
分 析法 是应 用 最为 广泛 的一种 方 法 ， 自燃 危 险 区域 内 ，： 度通 常 ０浓 低 于正 常大 气 中的 ２ ％， 自燃火 灾 的发生 往 往是 由 １ 而 该 区域引 起 的． 寨矿 所 采煤 层属 Ⅱ级 自燃 等级 ， 崔家 通 过对 崔 家寨 １和 煤 层进 行 取 样 ，研 究 两 煤样 在 不 同 ０ 条件 下氧化 产 物 的生 成 规律 ， 析变 氧条 件下 对 ： 分 煤 自燃进 程 的影 响 ， 更加 有 效 的 制定 自燃 防治 措施 为 提供依 据 ．
Ｖｏ． ５ １ Ｎｏ４ ２ ． Ｄｅ ． ２ １ ｃ ０ ０
变 氧浓度条件 下崔家寨矿煤 自燃 特性 的实验研 究
张唏 ，史波波１ ＇ ２ ，邵和 １ ＇ ２ ，李金 海１ ． ２ ，周福 宝 ’ ２
●
Ｐ
（． １ 中国矿业大学 安全工程学院 ， 江苏 徐州 ２ １０ ；． ２０８２ 煤炭资源与安全开采 国家重点实验室 ， 江苏 徐州 ２ １０ ） ２０ ８
： 周福宝 （９ ６ ）男 ， １７ 一 ， 江苏南京人 ， 博士 ， 教授 ， 士生导师 ， 博 主要从事矿井通风与安全教学研究．— ａ ： ｈ ｕ ｃ ｍ． ｕ Ｅ ｍ ｊ ｚ０＠ ｕ ｔ ｄ ｌ Ｌ ｅ
１ ６
时间 ， 为煤低温氧化提供不同温度气浴 ， 控温范 围： 室 温 一 ８ ％，精度 ：．ｏ ；气相色谱仪选用 Ｇ 一 ００ ３０ ０ １Ｃ Ｃ４０Ａ 型， 适用于分析 Ｃ ＣＨ ，２ ３ ０ ，Ｏ和 Ｃ Ｈ ，２４ Ｈ ， ， ２ Ｃ Ｃ Ｃ Ｏ 气 体； 煤样罐为 自制 三通煤样罐 ， 连接供气管 路 、 出气 Ｅ、 ｌ温度测量系统 ， 其上部和底部设有石棉 ， 用于防止 管路堵塞和分流 ； 为阻止供气系统气流吸收低温氧化
摘
要： 针对崔家寨矿 １ 和 ６ 煤层存在严重 的 自然发火隐患， 试验研究 了煤样的低 温 自燃特 性． 首先试验研究 了自燃过程 中产生
氧化 气体和碳氢类气体随温度的变化规律 ； 通过设定不 同氧气浓度研究 了自燃产物与初始氧 气浓度的关 系． 结果袁 明温度是 影响 自燃的 重要 因素 ， 温度越 高， 自燃越剧烈 ； 自燃氧化产物随初始氧气浓度增加 而增 多， １％ １％ 度达到峰 值 ， 在 ３ ７ 之后开始 下降． 通过煤 自然发 火标志气体产生规律研 究及其临界值确定 ， 为现场制定 自燃防治方法提供 了依据． 关键词 ： 自燃 ； 煤 防灭 火； 氧化产物
１ 实验 内容 及 方 案
１１ 实 验设备 ．
与自 燃过程进行 了较 系统的研究． 朱令起等同 通过综合 分 析 选 取 的 ４个 典 型煤 样 的 Ｃ ＣＨ ， Ｏ， ＣＨ 等气 体 的 检 出温度 ， 比指标气体优选原则 ， 对 研究和分析 了东 欢 坨煤 矿实 验 检 出气体 和煤 样 的 自燃 氧 化结 果 ．近些 年采用绝热氧化法研究煤 自燃特性消除 了环境对煤 氧化升温的影响 Ｏ被广泛用来研究煤 的低温氧化和 ｌ ，
化 产物 的生 成规 律还 缺 乏相关 研 究 ．在煤 矿井 下 采空
，
重点煤 矿 中具 有易 自然发 火危 险 的矿井 约 占 ５ ％， ６
煤 炭 自然发 火是 导致 矿井 火灾 的主要 因素 ， 统计 ， 据 由
煤自 燃而引起的火灾 占矿井火灾总数的 ９ ４ ｍ Ｏ９％ ． 目前 ， 常用 的煤炭 自燃 火 灾早 期 预 测 预报 方 法 有 指标气体分析法 、 测温法 、 示踪气体法等 ． 指标气体
第 ２ 卷第 ４ ５ 期 湖 南科 技大 学学报 （ 自然科学版 ） ２１ 年 １ 月 ００ ２ Ｊｕ ａ ｏ Ｈ ｎｎＵ ｉ ｒｔ ｏ Ｓ ｉ ｃ ｏｒ ｌ ｆ ｕａ ｎ ｅ ｉ ｆ ｃ ｎｅ＆Ｔｃｎｌ ｙＮ ｔ ａ Ｓｉ ｃ ｄｉ ） ｎ ｖ ｓ ｅ ｙ ｅｈｏ ｇ（ ａ ｒ ｃ ｎｅＥ ｉ ｎ ｏ ｕｌ ｅ ｔ ｏ
系统包括程序控温箱 、 气相色谱仪 、 供气系统 、 流量控
制系统、 预热气路、 温度测量系统 、 煤样罐等组成．
程序控温箱可 以根据需要 ， 设定升温速率和恒温
通信作者 国 基金项目： 家自 然科学基金资助项目 ５６４１） （ ００４； ０ 教育部新世纪优秀人才资助 项目 Ｎ Ｅ－８０３） （ＣＴ０—８８， 国家重点实验室开发基金资助
中 图分 类 号 ： Ｄ７ Ｔ ５ 文献 标 识 码 ： Ａ 文 章 编 号 ：６２ ９ ０ （０ ０ ０ — ０６ ０ １７ — １２ ２ １ ）４ ０ １— ５
煤 炭 自然发 火是 威 胁 煤 矿 安 全 生 产 重 要 灾 害 之
一
以上研 究 都是 在 ０ 浓 度 为 ２ ％的条件 下 考察 煤 １ 自燃 氧化 产物 的生 成规 律 ， 而对 不 同浓度 ０ 条件 下氧
火过程中 Ｃ ， Ｏ ， ｃＨ ， Ｏ Ｃ ： Ｈ ，： ＣＨ 等一系列反 映煤炭 ｃ 氧化 和燃 烧 程度 的指标 气 体 ， 利用 指 标气 体 产 生 量 的
变化来 进行 煤 层火 灾 的早期 预 报． 精 彩 等【 析 了 自 徐 ５ 分 】 燃 中氧化 发 热强 度 ， 征 温度 ， 氧速 度 ，Ｏ产 生 率 ， 特 耗 Ｃ 氧转化 为 Ｃ Ｏ的百分 率 与煤 自燃倾 向性 的关 系 ，提 出 这些参 数作 为鉴 定煤 自燃倾 向性 的指 标 ． 启林 阀 何 采用 理 论 、 验 和计 算机 模 拟 等手段 对 煤 的煤 低 温 氧化 性 实