采空区煤自燃机理及其防治技术研究现状

针对煤矿机械化水平提高,开采速度加快,引起采空区遗煤增多和面积扩大,使得采空区煤炭自燃隐患更加突出,大面积采空区煤炭自然发火率高、火灾危害大,对其成因和灭火技术的研究有助于最大限度的降低大面积采空区煤炭自燃火灾的危害程度.通过分析国内外学者对煤自燃机理的不同说法,提出了煤自燃过程的3个阶段,即准备阶段、氧化阶段和自燃段,指出煤体要发生自燃必须具备4个条件:根据对煤炭自燃机理的研究,将防治技术措施按其作用机理可分为:灌浆防灭火、均压防灭火、阻化剂防灭火、惰气防灭火等4类.     

煤炭储运过程自燃现状剖析

煤炭在铁路运输过程中一旦发生自燃，不但危及行车安全，而且会造成环境污染和经济损失，所以，长期以来一直是困扰储运部门的一大问题。针对煤炭在铁路储运过程中发生自燃，这一现象，分析了储存和运输现场普遍采取的措施，及这些措施的不完善性。重点从煤炭发生自燃的原理角度提出了防治煤炭储运自燃的一些可行措施。同时，对在防治煤炭自燃时几种矛盾的理论知识和做法进行了分析，以便采取正确的技术与管理措施防止煤炭在储运过程中自燃现象的发生。     

煤炭自燃火灾的预防

不正确的开拓、开采煤可能引起大量自燃火灾，在既定的生产条件下，矿井通风网路中漏风的数量与方向往往是煤炭自燃发展过程转化的决定性因素。为防止煤炭自燃火灾的发生，可采取防止漏风、预防性灌浆、封闭火区等有效措施。     

煤炭低温氧化过程的动态模拟

我国煤炭资源分布广泛,储量丰富,是推动国民经济发展的重要能源支柱.然而有一半以上的国有煤矿和地方重点煤矿存在自燃发火的危险,尤其是近年来综放顶煤技术的推广,使得井下煤炭自燃发生更为频繁,严重影响了矿井的安全生产.而煤炭自燃的复杂性使得目前对火灾的预报相对滞后,建立快速准确的预测预报机制成为保证矿井安全生产迫切需要解决的问题.本论文分析了影响煤自燃的各种因素,在前人的研究结果之上建立了煤自燃的煤氧反应动力学模型,并以煤自燃发火台为实物建立其数学模型,运用有限差分法求解该模型.对义马煤的自燃状况进行模拟,根据模拟结果对模型进行评价,为建立快速、准确的煤自燃预测预报系统奠定了基础.     

梁宝寺煤矿小煤样自燃升温指标气体的试验研究

利用自行设计的煤炭自燃热解实验装置,研究了不同供氧浓度下煤样升温氧化特性及自燃升温过程中产生氧化气体和碳氢类气体解吸涌出规律,并在此基础上确定了梁宝寺煤矿煤炭自燃预报的指标气体。实验结果表明：若研风流中检洲到C2H4气体,此时煤温可能达到或超过100℃左右,需采取有效的措施,进行灭火。     

水分对煤炭自燃的影响

煤炭自燃是一个复杂的物理化学过程，煤的水分是影响氧化进程的重要因素。论述了水分在煤炭自燃初始阶段的催化作用和对煤炭自燃的抑制作用，研究了水分在煤炭自燃过程的物理化学机理，针对一些矿区煤炭自燃的实例对其水分的影响进行了分析．煤炭中水分对煤的氧化、蓄热和散热过程都有一定的影响，煤中水分对煤炭自燃到底是起阻化抑制作用，还是起催化触媒作用，应根据具体条件而论。     

五沟煤矿1021工作面沿空掘巷煤层自燃发火数值模拟研究

煤炭自燃是我国矿井的主要灾害之一,严重威胁煤矿的安全生产。据统计,我国国有重点煤矿中有煤炭自燃倾向的矿井占总数的56％．而因煤炭自燃引起的火灾占矿井火灾总数的90％-94％。国内外对自燃发火规律的研究。主要集中在预测技术、采空区流场模拟和采空区二维“三带”的划分上,对沿空掘巷煤柱自燃问题涉及较少。     

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。     

煤层自燃发火指标气体的选择及预测预报应用

为了研究煤炭的氧化规律以及准确地对自燃发火情况进行预测预报,针对官地煤矿8煤层,采用煤氧化实验装置,对实验所析出气体的成分、生成先后顺序和生成量与温度之间存在的规律性进行了测试研究,并结合工作面的实际,进行预测预报。结果表明:8煤层利用CO增加趋势作为预测预报煤自燃发火的指标值,在CO存在的前提下,只要出现C_2H_4气体,即井下某区域发生了煤炭自燃,必须立即采取灭火措施。根据对采空区工作面的现场监测,得出采空区没有形成自燃发火区域。     

基于温升速率的煤自燃倾向性测定方法

为了准确判定煤炭真实条件下自燃倾向性,选取具有代表性的2种褐煤、2种烟煤及2种无烟煤在煤自燃测定装置上展开研究。研究结果表明,褐煤在低温缓慢氧化阶段、高温加速氧化阶段升温速率最快,烟煤次之,无烟煤最慢。利用热分析仪对煤样的着火温度进行了测定,发现褐煤着火温度最低,烟煤次之,无烟煤着火温度最高;综合评判煤自燃倾向性判定指数,I200为强自燃倾向,200≤I≤400为中等自燃倾向,I400为弱自燃倾向。     

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。     

煤自燃过程中极限参数的研究

煤自燃过程是煤氧化产热和环境散热之间平衡关系的变化过程，通过对煤自燃过程的热平衡关系进行分析，导出了煤体氧化蓄热升温的必要条件的数学表达式，在此基础上，研究得出了上限漏风强度、上限煤体粒度、下限氧含量和下限煤体厚度4个煤自燃过程的重要极限参数，研究结果表明，任何一种煤在氧化蓄热过程中，只有同时满足煤体的漏风强度小于该煤体的下限漏风强度，煤体粒度小于其上限煤体粒度，煤体中的氧含量大于其下限氧含量，以及煤体厚度大于其上限煤体厚度，才有可能引起自燃，这一研究结果为进一步完善煤自燃理论以及研究新型自燃防治技术提供了必要的理论基础。     

煤的自燃的影响因素与对策

本文通过分析煤的自燃的形成过程和影响因素，指出煤的自燃是与其理化性质和储存条件密切相关的，并对如何预防煤的自燃提出了自己的见解和看法。     

采空区自然发火危险区域判定

针对采空区煤炭容易发生自燃问题,且采窄区发火危险区域尚不明晰,通过对采空区内气体监测以及建立采空区流场和温度场耦合数学模型,采用该模型对采空区自然发火数值模拟,判断出发火危险区域位置,从而对煤炭安全高效生产起到良好的指导作用.     

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.     

石嘴山二矿煤样程序升温自燃性测试研究

利用煤样程序升温自燃性测试实验装置，模拟煤自燃发火过程。通过考察煤样的煤温变化、氧气消耗量、一氧化碳产生量及其他气体的变化规律，并确定煤的临界温度、气体产生率、放热强度和极限参数，研究石嘴山二矿煤的自燃倾向性。为石嘴山二矿安全生产、自燃火灾的预测以及防灭火，提供依据。该实验数据精度在90%以上，能够很好的满足现场的要求。     

采空区自然发火动态数学模型研究

根据实际工作面采空区浮煤自然的主要影响因素,在煤低温自然特性实验研究的基础上,推导出了采空区浮煤自然过程的动态数学模型,从而为采空区浮煤自然发火的预测预报及防治技术研究提供理论依据．参４．     

残煤自燃过程中温度场与应力场耦合作用

为了研究采空区残煤自燃过程中温度场与应力场耦合作用下温度、位移与应力的变化规律.应用飞箭有限元分析软件,利用耦合理论方程,编制了相应的二维有限元程序模拟残煤自燃的过程.模拟结果显示:残煤燃烧导致整个岩体结构发生性质上的改变,内部应力场重新分配,进而产生应力释放,回弹效应.在一定范围内,使地表产生变形和移动.有限元模拟与试验结果类似.