煤氧化过程中指标性气体的确定

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如何设置水平地锚

施治理煤炭自燃。
参考文献
允许有足够时问采取防灭火措施的预报临界值，使得ＣＯ发生量与煤温之间的变化关系不明确，特别是在现场复杂生产
条件下，Ｏ会出现时有时无的情况，Ｃ使预测预报的精度和准确率较低，至出现漏报。因此，以Ｃ甚应Ｏ作为指标性气体
的同时辅以碳氢类气体来掌握煤炭自燃状况［。
４煤层煤样应以ＣＯ作为指标性气体，辅以ＣＨ、并２４Ｃ｝、Ｈ和Ｈ来掌握煤炭自燃情况：Ｏ的出现说明煤２Ｉ８６２Ｃ已经发生氧化反应；Ｈ和｝出现表明煤温已经达到９６Ｉ４ｏ
５煤层煤样应以ＣＯ作为指标性气体，辅以Ｈ、并４Ｈ、６、Ｈ来掌握煤炭自燃情况：Ｏ的出现说明煤已２Ｃ经发生氧化反应；Ｈ出现表明煤温已经达到８６Ｏ℃ ；２４ｃＨ、出现表明煤温已经达到９０～１０℃，Ｈ３２的出现说明煤温已经超过１０℃。Ｃ９Ｏ的变化趋势可以判断煤自燃的阶
（文）周
温已经超过１０℃。Ｃ９Ｏ的变化趋势可以判断煤自燃的阶段，如果ＣＯ浓度上升速率较慢，明煤温还在１０３说１ —１０ｃｃ
以下，则在１０３否１ —１０℃ 以上。

［］３周心权．矿井火灾救灾理论与实践［］北京：炭工业出版社，Ｍ．煤
（收稿日期１０ —０ —０）２９９３０
如何设置水平地锚
地锚是用于稳固龙门架、井字架等缆风绳的重要设施，若在使用中稍有疏忽，导致严重的安全事故。因此，就会掌握正确

山西矿区煤自燃指标气体预测研究

要］通过煤自燃指标气体实验系统，山西某矿煤层自燃过程中产生的气体种类，对以及各气体出现与煤温度的对应关系进行了对比分析，结合指标气体选择的一般原则，确定山西煤矿工作面煤自燃指标气体的选择应以ｃｏ和ｃＨ为主，并辅助参考２ｃ：标气体。准确选择煤自燃指标气体对提高煤炭早期自燃预测、报，止矿指预防井火灾具有重要指导意义。［关键词］煤自燃；指标气体；氧化煤［中图分类号］Ｔ３［献标识码］Ｂ［Ｑ５１文文章编号］１７＿４（１）２２３６２９３２２０１７９０
实验过程中，两个工作面的煤样都有规律的出现ＣＣ２Ｃ４ＣＨ、２、３８ＣＨ气体，Ｏ、Ｏ、Ｈ、２４ｃＨ６ＣＨ、２２实验所得１４３与１０５工作面所取煤样氧化产生２０６２的气体成分、度结果如表１２所示。浓、
验过程产生的气体种类、指标气体的优选、气体与温度的关系进行分析、比较，最终确定预防该煤矿煤炭自燃发火早期预报指标气体。
２实验装备
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实验系统测试系统如图１所示，其主要有程
气体成分和浓度分析。
４实验结果
表１１４３工作面煤样氧化气体成分、０２浓度
５实验结果分析

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。

煤样热解实验与自燃预报标志气体优选

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图５８层煤煤样热解过程中Ｃ。Ｈ。和温度对应关系图
３实验结论
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张效春（１９６５．２一），男，山西大同人，阜新矿业学院８５级采矿工程毕业，大学本科学历，现任职于同煤集团生产部部长。原来的硬岩矿井向软岩矿井转化，由低瓦斯矿井向高瓦斯矿井转化，由非突出矿井向突出矿井转化，有非冲击矿压向冲击矿压矿井转化等。虽然目前对于深部开采工程研究已经取得了一部分成果，但对于深层次的基础研究不够重视。因此，大力发展深部开采工程岩石力学
（略）。
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图３８层煤煤样热解过程中ｃ和温度对应关系图
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图４８层煤煤样热解过程中Ｃ和温度对应关系图
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煤自燃的发生和发展是一个极其复杂的动态变化的物理化学过程。其实质就是一个缓慢地自动放热升温最后引起燃烧的过程。该过程的关键有两点：一是热量的自发产生，二是热量的逐渐积聚。１样品试验某矿８层煤煤样进行氧化热解实验记录煤氧化中产生各种气体的参数，分析其规律，优选８层煤自燃预报的指标性气体。１．１实验系统煤样的氧化热解实验装置由煤样罐、加热炉和保温外壳等部分组成。该实验系统有如下：氧化热解试验装置，煤温检测和温度控制装置，气体分析系统和供风系统的４个主要部分。１．２试验煤样煤样采自新暴露的煤体内部，采样后立即放入塑料瓶中密封。煤样粒度为２～５Ｏ【Ｉｌ【Ｉｌ，装入氧化炉内，进行加热试验。本次试验中采用的煤样重量为１６００ｇ，除个别大块煤由人工粉碎外，基本上是原采取的煤样，与采空区的遗煤在物化性质方面比较接近。因此，试验结果与实际情况符合。２实验结果与分析实验结果见表ｉ（略）。对该实验结果进行分析，得出的８层煤煤样热解实验过程中ＣＯ和温度的关系如图１，ＣＯ和温度的关系如图２，ｃ和温度的关系如图３，ＣＨ４和温度的关系如图４，Ｃ：Ｈ和温度的关系如图５，Ｃ。和温度的关系如图６与温度超过７Ｏ ℃时，ｃＨ／ｃ２Ｈ和温度的关系如图７

聚鑫龙煤矿煤炭自然标志性气体的实验与分析

入待测煤样。以６０ｍＬ／ｍｉｎ的稳定流量向煤样罐中通人标准干空气。插
入热电偶采集煤样的实时温度，开启数据采集与控制系统加热煤样至３０￣Ｃ，将恒温加热箱设定为１￣Ｃ／ｍｉｎ程序升温，煤样温度从３０￣Ｃ开始，在３Ｏ ℃ 一３１０￣Ｃ每隔２Ｏ ℃利用气相色谱仪对恒温加热箱出口的各种气体浓度进行测定，在３１０￣Ｃ～４００￣Ｃ每隔３ｏ￣ｃ￥，ｊ用气相色谱仪对恒温加热箱出口的各种气体浓度进行测定，并记录，当煤样温度升高到４００％
和热导检测器组成，热导检测器ＣＤ）：灵敏度Ｓ＞５￣０００ｍｖ．ｍｌ／ｍｇ（苯）；图１离子化检测器（ＦＩＤ）：灵敏度Ｍ≤１ ×１０ — １ｌｇ／ｓｅｃ；噪
声≤５ ×１０ — １４Ａ；
煤样放入加热炉内进行试验。
产生的指标性气体如ｃＯ，ｃＨｃＯ等气体，在不同粒径的煤样进行热
解实验产生的气体浓度随温度变化曲线，分析煤样的白燃过程，以此掌握不同粒径的煤样下的自燃过程状况，从而掌握该矿工作面与采空区的
确认实验仪器状态良好，各种相关仪器运行正常后，向煤样罐中加
同粒径对煤炭自燃的影响情况提供理论与实验依据，本实验设计制造了模拟煤炭自燃的实验系统。该试验系统主要由四个部分组成：
（１）氧化热解装置：南煤样罐、恒温加热箱和保温层组成；
（２）通气系统：由空气泵、缓冲罐、流量计和通气管道组成，氧化煤样用的空气由风机供给，通过流量计、管路进入氧化炉的底部的环形管，为了使气流均匀，在环形管的两侧和下部钻有小孔；（３）气体分析装置：采用ＧＣ４０００Ａ气相色谱仪，配以氢焰检测器

煤炭低温氧化自燃过程指标气体影响因素关联分析

收稿日期：０１２—２２１ —１１
基金项目：煤炭资源与安全开采国家重点实验室资助项目（ｋｃｓ８０）江苏省创新学者攀登项目资助项目（ｋ０９０）ｓｌｍＯｘ６；ｒｂ２００４
通信作者：德明（９６一）男，州遵艾人，授、士生导师，究打向：井通风与安全．王１５，贵教博研矿Ｅ—ｍｉｗｍｃｍ＠１３ｃｎａｌｄｕｔ６ｏｌ：３２
色斜率关联度模型及计算步骤如下：
设原数列为Ｘ＝＝（）（） … ，（，，１，ｉ２，ｔ／）
ＣＣＨＯ，和ＣＨ等碳氢化合物，分解的气体成分且及其浓度与煤温之问有一定的对应关系．因此，直接检测煤的热解气体产物和空气中成分变化即可判断煤的
自燃发展程度，以便进行火灾的早期预报．在煤矿中而
过程中，仅能释放一定的热量，且还热解释放出不而
空区煤自燃的影响因素，系统角度出发将影响因素从与ＣＯ浓度结合一起进行关联度分析，出影响采空得
区煤自燃的关键影响因素是采空区的漏风量和遗煤量；曙光等利用Ｂ型关联分析方法对褐煤、煤、蒋气气肥煤及肥煤４种煤样的指标气体进行了优选，过通
１灰色关联度分析数学模型
灰色关联度分析是多因素统计分析，常依据因通素的样本数据作出各因素数列曲线图，析曲线图的分

煤炭自燃指标性气体确定的实验研究

ｍａｅｏｏｉｏｔｇｌｄｃｍｐｓｔｎｓａｅ，ｃｍｂｓｉｎｓａｅｎｕｎｕｔｇ．Ｔｏｉａｉｎｈａａｔｒｓｉａｕｓｏａｈｔｇｉｏｕｔｔｇａｄｂｒｏｔｓａｅｏｈｅｘｄｔｏｃｒｃｅｉｔｃｖｌｅｆｅｃｓａｅ
煤炭自燃指标性气体确定的实验研究术
彭伟何启林葛新玉，，
（．１安徽理：Ｌ大学煤矿安全高效开采省部共建教育部晕点实验窄，淮南
（．南矿业集张集煤矿，南２淮淮２２０）３０１
２２０）３０１
ｐｏｅｓｒｃｓ．Ｔｈｏｅｐｏｅｓｃｎｂｖｄｄｉｏ５ｓａｅ：ｉｔｒｖｐｒｔｏｔｇｅｗｈｌｒｃｓａｅｄｉｉｅｎｔｔｇｓｍｏｓｕｅｅａｏａｉｎｓａｅ，ｏｙｅｂｏｐｉｎｓａｅ，ｔｅ－ｘｇｎａｓｒｔｔｇｏｈｒ
ＡｓａｔＣａｍｉｅｆｅｉａｃｍｏｃｉｅｔａｄｓｏｔｎｏｓｃｍｕｔｎｉｔｅｍｊｒｃｕｅｏｒ．Ｔｅｍ — ｂｔｃ：ｏｌｎｒｓｏｍｎａｃｎ，ｎｐｎａｅｕｏｂｓｏＳｈａｏａｓｆｅｈｒｏｒｉｄｉｆｉｇａｉｅｙＴａｄＤｆｒｎｉｃｎｉｇＣｌｉｔ（Ｓｔｃｎｌｉｅｅｕｅｏｓｄｈｏｌｘａｏｒｍｔ（Ｇ）ｎｉｅｔｌＳａｎｎａｏｍｅｙＤＣ）ｅｈｏｇｓｗｒｓｄｔｔｙｔｅｃａｏｉｔｎｖｒｆｅａｒｒｏｅｕｄｉ

煤层自然发火期及自然发火标志性气体指标研究

２０１＆ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹＩＮＦＯＲＭＡＴＩＯＮ
Ｏ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）
２自然发火标志性气体指标研究
煤炭自燃的早期预报是矿井防火技术的重要组成部分．预测指标的优选及其指标值的确定是预测准确与否的关键为了确定适合于唐口矿煤矿的自燃标志性气体，煤炭科学总院抚顺分院受唐口煤业委托．进行了该矿煤炭自燃标志性气体的试验
２．１测试目的
图２煤氧化试验装置图
气体流量控制采用质量流量控制器．流量范围为１０－，，４０００ｍＬ／ｍｉｎ煤炭氧化和热解过程中会产生一系列的气体．气体的成分和浓度．４实验步骤与煤温有较好的对应关系，因而可用作预报煤炭自燃的标志性气体。２此次实验具体步骤如下：其中ＣＯ和烷烃、烯烃等气体，具有较好的灵敏性和可测性．是最常用１）用天平称取煤样５０ｇ放人煤样罐中，加盖．用螺丝拧紧。的标志气体本试验将研究唐口矿煤矿标志气体的出现温度以及其浓２）把煤样罐放入炉膛内．接好供气、出气及其温度探头关上炉膛度与温度的关系．为煤炭自燃的早期预测预报打好基础因此通过应用煤自然发火模拟装置进行在不同氧含量的空气中进行自然发火规门。３）接好实验仪器各电源开关律的模拟试验．测试和掌握煤矿井下自然发火的相应规律．为煤矿安４）打开空气钢瓶．调节减压阀，使其空气流量为１００ｍＬ／ｍｉｎ。全生产提供可信的测试数据５）按试验装置操作步骤依次开启试验装置２－２试样制备６）启动测试仪．调至恒温３０ ℃运行约３０分钟。此次实验煤样取自新暴露煤壁，并现场封装．运至实验室。按一定７）按程序升温操作步骤．设置好装置各参数。比例．合理选择一定量各试点煤块在常温下进行破碎．用分子筛选取８）待各参数稳定，启动程序升温，开始实验，每隔ＩＯ￣Ｃ采集气样，其中４Ｏ～８Ｏ目的煤样颗粒５０ｇ．作为实验用煤样分析气体成分２．３实验装置２．５实验结果程序控温炉研究表明．烯烃和炔烃以及ＣＯ是煤自然发火过程中碳氧化反应的产物．这几种气体组分在煤吸附气体中不存在的（亦有吸附气体中有ＣＯ的报道，但极为少见），因此，这几种气体组分也是标志煤炭自然氧化进程的特征气体组分般来说．煤自燃吸附气体产物生成规律主要表现为：开始烷烃气体有较高解吸浓度．并随着煤温的升高逐渐降低．到最低点后又随温度的升高而增大．但增大的速率较小这种变化规律主要受煤的物理、化学性质，特别是煤的表面性能所影响。开始时．解析气体组分主要来自大孔赋存和表面物理吸附的烷烃．随着煤体温度的升高．中孔图１煤氧化试验系统和微孔内吸附的烷烃气体也相继解析出来从生成量值上看．与煤的煤的粒度、空隙结构特性、煤岩煤化组成极为相关，不同的图１表示煤氧化试验验系统的组成图２为试验装置图该试验变质程度、煤种有较大的差异由此可以推断．该矿煤样瓦斯吸附量较低．随着煤系统主要由程序控温炉、煤样罐、测温元件、温度测量和控制系统、气温的升高．其吸附气体的释放量的变化不明显有下表１中数据可以体质量流量控制器、除湿和降温装置、氧气分析仪和计算机等构成。看出：常温～１０９￣Ｃ前，烷烃气体中ｃ、ｃ、ｃ烷烃（即乙烷、丙烷和丁烷）其中，程序控温炉其炉膛为不锈钢内胆．外加石棉保温层炉中装均检测不到，甲烷释放量微乎其微，持续在２５ｐｐｍ以下．直到接近有１２００Ｗ的加热器，其加热功率由计算机程序控制内装１４００ｒ／ｍｉｎ５４ ℃后才略有上升的电扇，以保证炉中空气温度的均匀。炉温保持在计算机设定的温度．１唐Ｅｌ煤业煤样自燃氧化气体总的生产规律是随着煤温的上升而控温精度为± ０．１ ℃。煤样罐采用铸铜结构．密封材料为聚四氟乙烯．能逐渐增大，但不同的氧化气体组分所表现出来的生成规律在量值和生耐３５０ ℃以上的高温，并在其内部安装精密铂电阻感温元件

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0引言
煤炭自燃是我国矿井的重大灾害之一，长期以来严重影响煤矿的安全生产效率和经济效益。轻则影响生产，重则可能烧毁大量的煤炭资源和矿井设备，更为严重的则可能引燃瓦斯煤尘爆炸或自燃所产生的烟气污染整个矿井，酿成人员伤亡的恶性事故。因此，煤层自燃火灾已成为制约矿井安全生产与发展的主要因素之一。通过对山西某煤矿煤样在不同温度下所释放的气体浓度进行了测定，对煤的氧化升温规律进行研究，从而对指标性气体进行确定，实现对煤自然发火的预测预报。
分析·探讨
（ 2012 － 10）
·185·
煤氧化过程中指标性气体的确定
蒋春林1，2 ，杨胜强1，2 ，宋万新1，2 ，牛杰1，2 ，王凤双1，2
（ 1．中国矿业大学安全工程学院，江苏徐州 221008； 2．煤炭资源与安全开采国家重点实验室，江苏徐州 221008；）
摘要：利用电加热炉对煤样进行氧化升温实验，对不同温度下煤样所释放的气体浓度利用气相
1 实验装置及实验过程
1． 1 实验装置实验装置由防爆进气装置、电加热炉、计算机、
气相色谱仪等构成，如图 1。 1． 2 实验过程
煤样用粉煤机粉碎之后用过滤筛筛选，电子天
基金项目：国家自然科学基金资助项目（ 51174198）；国家自然科学基金重点资助项目（ 50834005）
图 1 实验装置布置图
2． State Key Laboratory of Coal Resources and Safety Mining，Xuzhou 221008，China） Abstract： Using electric heating furnace to carry out oxidation temperature test of coal sample，and taking gas chromatograph to measure gas concentrations of coal sample which released at different temperatures，the paper analyzes and studies coal sample temperature， oxygen concentration and the relationship among different gas concentrations，and determines the index gases of various oxidation stages of this coal seam，which has the important guiding significance to prediction and prevention of spontaneous combustion． Key words： oxidation temperature increasing； index gas； forecast； spontaneous combustion
化阶段。
3） C2 H4 气体产生规律。C2 H4 浓度随温度变化
1） CO 气体产生规律。CO 浓度随温度变化曲线如图 2。
图 4 CO2 浓度随温度变化曲线
图 2 CO 浓度随温度变化曲线
拟合曲线方程： y = 6 × 10 x － 5 3． 277 3
（ 1）
决定系数 R2 = 0． 954 4
由于 205 ℃ 之后拟合曲线偏离实际曲线，所以
对 205 ℃ 之后的数进行测定，对煤样温度、O2 浓度、各气体浓度之间的关系进行分析和研究，确定该煤层各氧化阶段的指标性气体，对煤层自然发火预测和自燃火灾的防治具有重要的指导意义。
关键词：氧化升温；指标性气体；预测；自燃
中图分类号： TD75 + 2． 2
文献标志码： B
文章编号： 1003 － 496X（ 2012） 10 － 0185 － 03
·186·
（第 43 卷第 10 期）
分析·探讨
来的产物［2］，主要有 C0、CO2 、CH4 、C2 H6 、C3 H8 、 C4 H10 、C2 H4 、C3 H6 等。
研究表明，烯烃和炔烃以及 CO 是煤自然发火过程中碳氧化反应的产物，这几种气体组份在煤吸附气体中不存在的，因此，这几种气体组份可作为煤自燃氧化进程的标志性气体。
Determination of Index Gas in Coal Oxidation Process
JIANG Chun － lin1，2 ，YANG Sheng － qiang1，2 ，SONG Wan － xin1，2 ，NIU Jie1，2 ，WANG Feng － shaung1，2 （ 1． School of Safety Engineering，China University of Mining and Technology，Xuzhou 221008，China；
图 5 CO2 浓度随温度变化曲线
拟合曲线方程： y = 3． 895 3x2 － 1 390． 1x +
135 517
（ 4）
决定系数 R2 = 0． 995 6
从图 4、图 5 可以看出，205 ℃ 之前随着温度的
上升，CO2 浓度缓慢上升。温度升高到 205 ℃ 之后 CO2 浓度随温度急剧上升，和 CO 浓度随温度变化曲线规律基本相同，表明此时煤的氧化进入激烈氧
平称取多份 50 g 的煤样，然后将煤样置于煤样罐中，检查整个管路的气密性之后通入事先配制好的气体用电加热炉对煤样罐进行加热，记录实验数据，并对煤样罐中所释放的气体进行气相色谱分析。 1． 3 实验结果处理及分析
根据以往经验来看，煤自燃吸附气体主要成份是 CH4 和 CO2 ，余下的是存量很少的 10 － 6 级的烷烃气体组份，即 C2 H6 、C3 H8 、C4 H10 等。这些烷烃气体组份依据其碳原子数的序列性（沸点由低到高的序列）随着煤温度的升高而逐一解吸出来［1］。煤自燃氧化气体是煤中碳和空气中发生氧化作用所分解出