煤自燃性的红外光谱研究

煤自燃主要受煤结构和环境因素影响.在确定的粒度与外界条件下,可通过分析煤结构来判断其自燃倾向性.文中根据神府煤及其预氧化产物的红外光谱特征,说明煤的氧化是从一些氧化活性基团开始,且活性基团含量越大越易自燃;提出了通过红外光谱及其差谱分析,对比不同煤种中氧化活性基团的相对含量而预测煤自然发火期的方法;通过对灵武、大柳塔和焦坪煤进行红外光谱分析,得到了它们自燃倾向性的次序,并根据焦坪及大柳塔煤层的自然发火期,确定了灵武煤自然发火期的范围.研究结果与实验模拟及现场观测结果一致,说明用FTIR研究煤的自燃倾向性是可行的.     

煤自燃机理及预测理论研究进展

自17世纪英国人Dr.Plott提出黄铁矿导因学说以来，煤自燃机理研究取得了长足的进展。出现了多种学说。进入20世纪90年代，国内外学者又提出了一些更具体的学说。主要对煤自燃学说、自燃机理、自然发火期预测理论和煤层自燃危险区域判定理论等方面的国内外研究现状和取得的主要研究成果进行综述。并对煤自燃理论研究的不足及其发展方向进行了分析和讨论。     

无煤柱综放面沿空巷道煤层自燃过程数值模拟

根据综放面巷道的自燃特点,简化了巷道煤层自然发火物理模型,建立了巷道自燃过程二维数学模型,提出了巷道断面煤（岩）不同区域的非均质处理方法以及模型主要参数的定量测算方法。然后,应用有限差分法对自然发火模型进行数值计算,并开发了计算程序,最后,以东滩矿４３０８综放面沿空轨顺自然发火为例,证明该模型基本能满足现场自燃预测的需要。     

煤自燃指标气体及极限参数实验研究

为了掌握王洼二矿煤自然发火特征,采用西科大XKIII型煤自然发火实验台对1.5t煤进行了煤自燃全过程模拟实验,测试出该矿开采煤样实验发火期为25天,掌握了自燃过程中温度的变化及对应气体的变化规律,测算了开采煤层煤样的最小浮煤厚度、下限氧浓度、上限漏风强度等极限参数,为该矿煤自燃灾害的预防提供了依据。     

无煤柱综放面沿空巷道煤层自燃过程数值模拟

根据综放面巷道的自燃特点 ,简化了巷道煤层自然发火的物理模型 ,建立了巷道自燃过程二维数学模型 ,提出了巷道断面煤 (岩 )层不同区域的非均质处理方法以及模型主要实验、现场参数的定量测算方法 .然后 ,应用有限差分法对自然发火模型进行数值计算 ,并开发了计算程序 .最后 ,以东滩矿 4 30 8综放面沿空轨顺自然发火为例 ,证明该模型基本能满足现场自燃预测的需要 .无煤柱综放面沿空巷道煤层自燃过程数值模拟@邓军$西安交通大学!710049,西安 @徐精彩$西安科技学院 @徐通模$西安交通大学!710049,西安…     

东荣二矿煤自燃倾向性实验测试

采集东荣二矿17#煤层煤样,利用“XKⅢ型“煤低温自然发火实验台进行测试,模拟现场散热情况、漏风状况及浮煤厚度,依靠煤自身氧化放热升温,得出随煤温升高的耗氧速度、CO产生率、CO2产生率、放热强度、煤自燃极限参数等的变化规律,研究煤的低温氧化放热特性,预测煤的临界温度和干裂温度、实验最短自然发火期及自燃倾向性.实验表明:煤样起始温度为20℃时,最短自然发火期为46 d;临界温度为60～75℃、干裂温度为90～110℃、浮煤厚度小于0.7 m、下限氧浓度在60℃左右,浮煤不自燃.     

煤炭自然发火危险性评价指标

综述了煤层自然发火危险性评价指标的最新研究成果,煤炭的自然发火不但取决于煤的内在因素,还取决于促进煤自燃的外在因素,煤层自然发火危险性评价指标的系统方法应以煤炭对自燃的敏感程度和外在的开采条件为基础,并就自然发火危险性评价指标方法的某些局限性进行了评价。     

义马常村矿煤样自燃倾向性研究

利用大型煤自然发火实验台，模拟自燃过程的各种条件，向其中通入空气，使煤与氧发生氧化反应。煤氧复合发生氧化反应，并发出热量引起自然升温，最终引起自燃。通过测定耗氧速度、热释放速率，可算出实际自燃的极限参数。根据这些实验参数可以推算出义马常村矿煤层在不同条件下的最短自然发火期、煤特征温度和其他自燃特性参数等。     

综放采空区抽放条件下自燃"三带"分布规律

主要从抽放条件下综放采空区的特点出发,对综放采空区抽放条件下的自燃危险区域进行划分。利用大型煤自然发火实验台,对铜川下石节煤样自燃特性参数(耗氧速度、放热强度和煤层最短自然发火期)进行了实验测定,为抽放条件下综放采空区渗流场的数学模拟提供了基础数据;建立了抽放条件下采空区渗流、氧化和扩散的数学模型,并利用数值模拟对该模型进行求解,得到了抽放条件下综放采空区内的氧浓度分布和漏风强度变化规律;利用数值模拟得到的氧浓度和漏风强度分布结果,结合自燃特性参数,对抽放条件下自燃"三带"进行划分,确定了综放工作面的极限推进速度,为高瓦斯矿井采空区早期自然发火预测及火区治理提供依据。     

常村煤矿2106综放面采空区"三带"规律及自燃危险性研究

采空区"三带"分布及变化规律的研究,是综放面自燃预测的基础.通过对常村矿2106综放面的综合观测,得到采空区气体、温度的分布及其在工作面推进过程中的动态变化.根据观测数据及所采煤层自燃的极限参数和工作面的开采条件等,确定了采空区"三带"的范围,并结合常村矿煤的自然发火期,确定了工作面不发生自燃的最小推进度,据此可以对综放面采空区自燃危险性进行预测.图4,表1,参10.     

煤炭自燃模拟实验装置设计与研制

设计与研制煤炭自燃模拟装置,该装置能够模拟和研究煤炭在常温条件下自燃的发生和发展过程、发生条件及其影响因素、自燃过程煤炭微观和宏观参数变化,研究自燃火源形成及其分布规律。     

煤低温氧化动力学参数与粒度关系实验研究

探讨煤样粒度与表征煤氧化速度的活化能、指前因子的关系,了解粒度对煤的氧化反应速率等自然参数的影响,通过不同粒度东滩煤样的程序升温实验,测定了其不同温度下在空气中的耗氧速度。利用回归分析计算出反应的指前因子及活化能,并进行了分析。研究发现,随粒度降低,煤样氧化的活化能和指前因子均增加,并且在3mm处出现了突跃现象。说明煤的自燃性取决于粒度小于3mm颗粒的比例,而不是其平均粒度。     

煤自然发火过程中的放热特性实验研究

根据煤氧复合理论,煤自燃是由于煤和氧接触发生氧化反应放出热量引起煤温度升高达到煤的自燃点而发生的。故煤的氧化放热特性反应了煤自燃能力的强弱。为测定煤的放热能力大小本文设计了煤的氧化升温实验,并采集薛村煤矿2#煤层、4#煤层、6#煤层三组煤样进行了实验研究。实验中对低温条件下不同温度时煤样对氧气的消耗速率、CO的生成速率及CO2的生成速率进行了测定,并根据其测量值对煤样的放热强度进行了计算,绘制放热强度与温度关系的散点图。然后运用回归分析方法,分析了煤氧化升温过程中放热强度与温度的关系。在低温阶段临界温度前后煤的放热强度与温度都呈线性关系。在临界温度之前煤的放热强度较低,而达到临界温度后煤的放热强度会急剧增加。研究结果对煤自然发火的防治具有重要意义。     

灰分对煤自燃特性影响的实验研究

为了研究灰分对煤自燃能力的影响作用,利用绝热氧化实验装置对不同灰分含量煤样进行升温氧化实验,采用R_(70)、T_(CPT)、B3种指标表征灰分含量对煤样自发氧化过程的影响。结果表明:1)灰分含量越大,煤样低温氧化阶段温升速率越小,温升加速点温度越高,煤样的自发氧化过程越慢,煤越不易自燃;灰分含量大于40%后,煤自燃倾向性快速减弱。温升加速点是反应微观信息的零活化能温度的宏观累计结果,具有直观且滞后的特点。灰分越大,滞后越明显,温差越大。2)R_(70)、T_(CPT)、B3种指标与灰分关系表现为二次函数。R_(70)和T_(CPT)两种指标显示灰分越大,自燃倾向性越弱,与实践经验相符。受水分权重影响,B指标显示煤样在灰分小于40%时,灰分越大,煤样自燃倾向性越强,这与实践经验相悖。因此,B在判定灰分对煤样自燃倾向性的影响时具有一定的局限性。     

基于非稳态对流扩散方程高阶紧致差分的煤自燃数值模拟

为提高求解煤自燃非稳态对流扩散方程的有限差分法精度,构造高阶紧致差分格式,采用Richardson外推法进行求解;并针对煤自燃多场耦合模型的求解复杂度,提出一种具有承袭性的解耦策略。利用本文的解法和策略,对宁夏枣泉矿煤进行煤自燃多场耦合数值模拟,模拟计算的结果与相同实验条件下的实验结果相符。     

煤炭自燃预测的非参数逐步判别方法及应用

运用在煤矿生成实践中积累的众多相关数据和资料,通过全面分析影响煤层自燃因素,基于非参数逐步判别分析理论,建立煤炭自燃预测的判别分析模型。选取影响煤炭自燃的主要因素如煤的自燃倾向性、煤层厚度、煤层倾角、煤的坚固性系数、工作面供风量、回采工作面推进度、采场回采丢煤率,作为判别因子,建立煤炭自燃预测的非参数逐步判别分析模型,利用某煤田的多个参数作为学习样本进行训练。经过训练后的模型回判的误判率为0。说明该模型在研究煤炭自燃预测中具有良好的实用性和有效性。     

煤田露头自燃的渗流-热动力耦合模型及应用

分析了煤田露头介质内气体渗流及露头自燃热动力系统特征,建立了煤田露头自燃渗流--热动力耦合模型,推导了煤自燃过程中挥发分计算式.对新疆某煤田自燃火区进行了数值模拟.结果表明:开采引发煤田露头自燃时,燃烧中心集中在顶板附近,燃烧沿顶板向露头方向蔓延较快;高温区域靠近顶板,燃烧区域以外岩石内温度梯度变化不明显;自燃生成气体主要集中于露头自燃点下风侧方向,上风侧方向只有很小范围内有自燃气体存在;高温区域分布与自燃气体渗流方位位置一致;自燃加速了气体在煤岩介质内的渗流,有助于自燃的发展.根据模拟结果对煤田火区治理时火源探测、治理及监测等相关措施进行了具体分析.     

南海夏季风建立日期的预报研究

利用1958-2001年ECMWF和1948-2006年NCEP的全球再分析气象资料,研究南海夏季风爆发迟早与前期气象要素场之间的关系。结果表明,南海夏季风建立日期与当年2月份全球风场(u、v、ω分量)、位势高度场、气温场等气象要素场之间都存在显著相关区。把各要素场中的显著高相关区视为影响季风建立日期的关键区,并定义关键区内的要素平均值为建立日期的预报因子,从中选取10个与建立日期关系最为紧密的预报因子建立预报方程,对季风建立日期进行预测。分析发现,有10个预报因子与季风建立日期有密切联系,对季风爆发迟早有一定的指示能力和预测作用。最后,经过SAS系统的分析和试验选择最好的回归预测方案,利用10个预测因子建立南海夏季风建立日期回归预报方程(简称回归预报方程)。对回归预测方程进行回报实验发现,拟合得到的南海夏季风建立日期与许多学者确定的建立日期之间的相关系数都达到95%以上的置信度,拟合误差基本控制在2候以内,有一定的预报能力。可以说,该方法是作为预报南海夏季风爆发迟早的一种新的尝试。     

煤层中CO吸附模型

Languuir方程是由单分子层吸附模型推导出来的,在理论上,煤层吸附CO不符合单分子层吸附模型。温度较低时,由于煤层吸附CO得到的吸附等温线都属于第1类吸附等温线,所以吸附CO的量可以用Langmuir方程计算;温度较高时,吸附CO的量与煤层压力呈线性关系。煤层中CO吸附模型的确定可以提高自然发火预测预报的准确性,为进一步研究一氧化碳在煤层中的赋存机理提供了依据,减少不必要的自然发火预防措施的实施,提高经济效益,确保煤矿的安全生产。     

基于活化能计算的煤低温氧化特征与临界点预测

为探究煤自燃过程的反应特征与预测煤自燃临界温度,对5种煤样进行了绝热氧化实验,采用煤样活化能指标在实验不同时间段的变化情况来表征煤低温氧化内在特征。然后运用线性回归性分析模型中线性显著性检验来确定临界温度点Tc。结果表明:实验初期煤样活化能波动范围极大,随着温度升高活化能趋于稳定,在实验后期,各煤样求得的活化能均处于55~70kJ/mol范围内,反映了煤低温氧化反应是由不稳定逐步过渡到相对稳定的过程;Tc与宏观升温速率突变范围相符合,验证了模型的准确性;同时Tc与实验中自热温度达到160℃所需时间t0自发呈线性关系,因此可以用绝热氧化装置测得t0来预测煤自燃临界点。研究成果可以对矿区防灭火和煤炭储运管理工作提供借鉴。