煤自然发火预报技术在大同煤矿的应用

煤自然发火预报是对煤炭火灾参数指标进行超前早期识别和预警的根本技术手段。大同煤矿结合本矿煤炭的实际情况,通过对煤自燃火灾指标气体及其生成的辅助性指标的超前判识,及时、准确地预测预报煤自然发火征兆,推断自然发火发展的趋势,采取均压、密闭堵漏、预灌浆等措施进行治理。     

煤自燃过程实验模拟及高温区变化规律

利用澳大利亚昆士兰大学的2m煤自燃发火实验炉,历时5 d,模拟了煤样从常温至160℃着火点的煤自燃全过程,掌握了煤自燃高温点的发生、发展及动态变化过程.实验中能清晰了解煤样温度和水蒸气的变化发展过程.在实验开始阶段,实验炉上部煤样的温度发展是由于空气的通入,将水蒸气和热量从下部带到上部,导致上部温度升高,高温点逐渐上移到145 cm处.2d后,高温点开始向下移动,这主要是由于煤样下部已经完全干燥,煤样在完全干燥及本身高温的情况下,温度会很快升高直至达到着火点.高温点最终发展在60 cm处.同时,在煤样达到着火点的前期,温度上升速率达到120℃/d.实验得出亚烟煤的发火时间为5d,这与煤矿的现场观测结果一致.     

用于煤自然发火期预测的神经网络模型和实验技术

根据煤的硫分、灰分以及煤自燃过程中的耗氧速率、CO和CO2产生率等随温度变化的序列值与煤自然发火期之间存在的密切对应关系，建立了前向多层人工神经网络模型，用已有的煤自然发火实验数据对网络进行训练，得到了神经元间的联结强度，从而准确地表征这种对应关系．设计了一套油浴程序升温实验装置，确定了实验试管的尺寸和实验条件，从而能够准确测定煤自燃在不同温度下的耗氧速率及气体产生率．将煤样油浴程序升温实验数据及煤质分析数据代入人工神经网络，可算出煤的自然发火期．与煤自然发火实验相比，该方法测定煤样的自然发火期用煤量减少了99％以上，实验耗时缩短了90％以上，二者测试结果的偏差小于3d．     

东欢坨煤矿自然发火标志气体的优化选择

通过实验室实验研究,综合分析选取的4个典型煤样的一氧化碳、乙烯、乙烷等气体的检出温度,对比指标气体优选原则,综合分析了东欢坨煤矿实验检出气体。实验表明,东欢坨矿一氧化碳出现的临界温度值为50℃,4个煤样基本上在110℃左右出现斜率变化增大的情况,并且该气体呈现单调递增趋势。因而,在50～350℃之间,选择一氧化碳作为预测预报煤炭自燃的标志气体是可行的。由于东欢坨煤矿煤层中赋存有CO,因此,在利用CO作为预报预测自燃发火标志气体和采空区密闭内取样分析时,可采用CO浓度差值法和ICO来消除环境因素和风量的影响。     

煤层自然发火期及自然发火标志性气体指标研究

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℃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℃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。     

大型煤自然发火实验台自动控制系统的设计

煤自燃的发生和发展是一个十分复杂的物理化学过程,大型煤自然发火实验台的建造解决了煤自然发火的实验模拟问题。实验台智能化的自动控制系统可实现煤体温度、气体浓度、环境温度和设备状态的自动检测和监测,数据的采集量和精度大幅度提高,为实现煤自燃过程的数值模拟和预测奠定了良好的基础,为现场实际条件下煤自然发火的预测预报提供了更加可靠的依据。     

煤最短自然发火期灰色预测模型研究

根据不同煤层自然发火期实验测试结果和宏观可测定的、表征煤自身氧化放热性的常用指标，运用灰色系统理论，建立了确定蓄散热条件下的煤最短自然发火期GM(0，5)的灰色预测模型。该预测模型预测值与实际值平均相对误差为1．45％，最大相对误差为-21．27％，能真实地反映出煤层自燃性与煤的灰分、挥发分、硫分和含氧量等的影响关系，可定性用于煤自然发火期的预测。     

察哈素煤矿3号煤层自然发火标志性气体研究及其应用

为了更好的预测预报察哈素煤矿3号煤层的自然发火,在3号煤层采集五组煤样,在实验室进行了煤的氧化升温模拟试验,得出了不同温度下CO、C2H4及其他气体的产生规律,对不同温度范围内CO浓度随温度变化进行了拟合。根据试验结果确定了3号煤层自燃的标志性气体,同时根据察哈素煤矿井下实际,确定了3号煤层自燃分级预警的CO指标。     

甘庄煤矿煤自燃特征及分级预警体系研究

以甘庄煤矿11#煤层煤样为研究对象,利用XK-IV大型煤自燃实验平台模拟了煤的自燃过程,分析了主要特征气体浓度的变化规律,确定了自燃指标气体及其临界值,揭示了煤在自燃过程中高温点变化移动规律,给出了甘庄11#煤层煤样自然发火特征温度.基于指标气体选取原则结合煤矿实测数据,构建了甘庄煤矿煤自燃分级预警体系及相应阈值,为煤...     

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。     

煤层自燃的热流耦合分析

本文对易燃煤层低温氧化特性、热效应以及在自热自燃过程中的热流耦合并系进行了初步理论分析,导出了煤层自燃的临界性条件。     

佳瑞煤矿采空区煤炭自燃标志性气体实验研究

佳瑞矿15101工作面属于近距离煤层开采,采空区为松散煤岩混合体。实验室开展了14#、15#煤的程序升温实验,分析了煤自燃过程中各气体的生成量与温度之间变化规律。结果表明:两个煤层自燃生成的CO、C2H4、CH4等气体变化规律基本相同,C2H6气体变化规律差异明显。综合确定了佳瑞矿采空区煤炭自燃标志性气体指标为CO、C2H4及C2H2,为预防采空区煤炭自燃提供了依据,有效保障煤矿的安全高效生产。     

地温对煤层自燃危险性的影响研究

研究了地温地煤层自燃危险性的影响,通过分析煤体氧化放热性,自燃蓄热条件和供氧条件与地温的关系,推导出煤温与砂氧速度和放热强度的关系式、热风压和升温必要条件的表达式,同时在煤自然发火实验台上进行了实验研究,研究结果表明,由于地温的作用,增强了煤体自身的氧化放热性能,同时改善了自然的蓄热条件和供氧条件,增大了煤体的自燃危险性,该项研究对于进一步完善自燃理论,以及促进煤层自燃防治技术的发展具有一定的实际     

Study on Predicting Coal Spontaneous Combustion in Qingshan Mine

1 Introduction The mine fires caused by coal spontaneouscombustionthreats seriously to the safety of coalindustry. To prevent this kind of fire occurring,people pay more and more attentiontotheforecastfunction of sign gas of coal spontaneouscombustion[1]. The sign gas of coal spontaneouscombustion is a certain kind of gas which canforecast and reflect the state of coal spontaneouscombustion,and the quantity of this kind of gaschanges regularly with coal warming up.The signgas has positive mean…     

煤层自然发火危险性综合评估

根据煤层自然发火的原因建立煤层自然发火危险性综合评估的评价指标及其结构;提出一种用专家系统的不精确推理来得出评估结果的新方法,此方法可以应用于煤层的评估及矿井设计前的模拟。     

预报煤炭自燃的CO指标气体临界值研究

CO气体作为预报煤炭自燃的指标气体在煤矿中已被广泛使用,但有些矿井回采面上隅角始终存在CO气体,甚至超出矿业安全规定的临界指标,特别是在综采或综放工作面这一现象更明显,尽管采取多种防灭火措施,只能使CO气体涌出量减少而不能消除CO的产生,为了解其原因,在实验室做了不同煤种低温氧化实验,通过实验发现有些煤种在常温氧化条件...     

煤层自然发火指标气体的选择实验分析研究

通过对煤样进行热解实验,研究了新峪煤业公司5110工作面主采10#、11#煤层自然发火特性,测定了煤样在不同热解温度下CO、CO2、CH4、C2H4、C2H6等气体的浓度,确定了这些气体的检出温度。在实验研究的基础上,结合指标气体优选原则,分析了自然发火指标气体随温度变化的规律性,选出了适合本矿煤层自然发火预测预报的指标气体,对提高煤炭自燃早期预测预报的准确度和矿井防火有重要指导意义。     

地面储煤堆自燃规律的实验研究

通过现场实测和实验室试验,在分析地面储煤堆自燃规律的基础上,研制出可伸缩深基点测温仪表,并应用于大同矿务局煤峪口矿露天储煤场,得出煤堆自热层、自燃层深度值及煤峪口地面储煤堆自燃的内在特性。     

圆柱形煤自然发火实验台的数值模拟研究

XK型煤低温自然发火实验台能够较好地模拟实际条件下煤体的自燃过程，但由于受模拟实验用煤量大、周期较长、费用较高等条件的限制，不可能对各种不同条件下的煤样自燃过程进行多次实验模拟。为此，本文根据圆柱形实验台结构特点和煤样自燃特点，建立圆柱形实验台煤样自燃过程二维数学模型；然后，应用有限差分法对自然发火模型进行数值计算。最后，以兖州东滩矿煤样自然发火实验为基础，对圆柱形煤样自燃过程进行数值模拟，其结果与实验基本一致。