自燃火灾发展阶段预测与控制实验

煤炭在不同氧化阶段会释放出不同的指标气体,与煤体温度有着良好的对应关系.由于良好的指标气体本身具备的单一性、规律性和灵敏性的特点,利用指标气体预报预测矿井自燃火灾近年来得到了较好的应用,大大提高了矿井防灭火工作的准确性.通过研究开滦矿区自然发火指标气体的产生规律,在实验的基础上提出了4项自燃火灾燃烧状态判定准则,同时可作为预报预测自然发火的辅助指标气体,与其它指标气体结合可提高自然发火预报的准确性,对矿井防灭火有重要的指导意义.     

多元回归分析在煤自燃预测中的应用

通过对不同煤样中决定自燃的成分进行工业分析,以及实验测得的自然发火期,运用多元回归分析的数学模型,建立了最短自然发火期预测回归方程,并对方程及其系数的显著性作了检验,进行了残差分析.通过此数学模型能直观的反映煤层自燃性与煤的灰分、挥发分、硫分和氧含量对煤层自燃发火期的影响关系,可定性用于煤自然发火期的预测.     

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．     

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.     

煤自燃性测试技术及数值分析

利用装煤量850kg的XK型煤自然发火实验台,真实地模拟了煤的自燃过程,根据实验测定的温度场和气体浓度场变化,结合流体力学和传热学理论,推算出不同温度时煤氧复合的耗氧速度,放热强度,为煤自燃性的定量分析及自然发火预测提供理论依据,并根据煤自身的氧化放热性能及其所处的蓄热环境,应用热平衡法推导出煤自燃极限参数的计算方法,为煤自燃预测及防治提供了量化的理论判据。     

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。     

大同矿区石炭二叠纪煤系采后防灭火技术研究

近几年,大同矿区侏罗纪煤系开采逐渐枯竭,多数矿井延伸转入石炭二叠纪煤系开采,煤层平均煤厚度13-17m,煤层自燃发火期为2⁶个月。目前,多数矿井采用综采放顶煤方法开采,由于采后移煤影响,一些矿井在回采不到一个月,上隅角及回风流就出现一氧化碳,严重威胁矿井安全。针对上述问题,我们在同忻矿进行了研究攻关,采用采空区注氮等综合防治技术,取得了良好效果。     

采用前向多层神经网络预测煤的自然发火期

煤自燃是煤氧复合的结果,在不同温度下煤氧复合的耗氧速率及CO、CO2产生率与煤的实验自然发火期之间存在复杂的对应关系,采用S型函数的前向多层人工神经网络来描述这种对应关系,用煤自然发火实验测定的数十个煤样的自然发火期及不同温度下耗氧速率及CO、CO2产生率作为训练样本,用BP算法对网络进行训练,得到了神经元间的联结强度.通过少量煤样程序升温氧化实验得到不同温度下煤样的耗氧速率及CO、CO2产生率,将其代入此人工神经网络程序就可以确定煤的实验自然发火期.该方法实验时间短、用煤量少得多,结果与实际吻合.     

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。     

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.     

煤炭自燃生成标志气体的红外光谱分析

针对煤自燃氧化过程中生成的生产物能够判断煤自燃的反应过程和机理以及在不同温度下生成的标志性气体可以判断煤自燃的严重程度的问题，采用红外光谱手段对神东矿区6个煤矿不同层位和不同工作面的12个煤样进行了研究。研究结果表明，煤氧化燃烧过程是分阶段进行的，分为失水阶段、氧化阶段、着火燃烧阶段。各阶段的标志气体不一样：失水阶段以H2O吸收峰为主、氧化阶段C2H4、CH4出现显现峰、着火燃烧阶段出现C2H4、CH4强峰。确定煤样在不同温度下生成标志气体的规律，对预测煤的自燃发火具有重要的理论和实际意义。     

不同阻化剂对煤自燃影响的实验研究

为验证"阻化剂对不同的煤样具有选择性,不同的阻化剂对不同煤样的阻化效果不同"这一推论,采用STA449C型-TG/DAT综合热重分析仪对神东矿区六个煤矿不同层位和不同工作面的9个煤样添加阻化剂后的活化能变化规律进行实验研究为研究阻化剂和不同阻化剂对煤自燃过程的影响,结果表明,以着火活化能确定煤自燃阻化效果具有规律性.比较不添加阻化剂与添加阻化剂实验煤样各燃烧阶段的活化能可以看出,添加阻化剂后失水活化能与燃烧活化能降低,着火活化能增大,说明阻化剂在煤的整个燃烧阶段并不是全过程起阻化作用,而是一个催化-阻化-催化过程.在失水阶段起催化作用,在着火阶段起阻化作用,在燃烧阶段起催化作用.这对于应用阻化剂的选择具有实际的参考价值和指导意义.     

煤炭自燃预测预报技术及其应用

在论述各种煤炭自燃预测预报技术的基础上，根据大屯煤矿的实际情况，利用三维动态数学模型预测煤炭的自然发火期和高温区域，用CO和C2H4作为煤炭自燃预报的指标气体。     

煤低温自燃发火的热效应及热平衡测算法

煤在低温自燃发火过程中的热效应是多种多样的,但主要是煤与氧的化学反应热.通过装煤850kg的大型煤低温自燃发火实验台模拟煤自燃过程,根据实验台测定的温度场变化和传热学理论,推导出计算不同温度时松散煤体低温氧化放热强度的热平衡测算法.通过对不同煤样的自燃发火测试,利用该方法推算出不同的煤在相同温度下的放热强度,为煤自燃特性的定量分析及自燃发火预测提供了理论依据.图1,表1,参8.     

矿山防灭火安全保障系统的研究

根据煤矿设计、生产和救灾等不同阶段 ,分别采用自燃危险性评价技术、自燃性预测技术和自燃灾害诊断识别技术 ,及时判断和预测自燃危险区域及发火期 ,并根据煤矿现有防灭技术及装备 ,制定切实可行的防灭火方案 ,从而实现煤矿防灭火工作的安全系统管理 ,减少或消除煤层自燃火灾的影响 ,充分保障煤矿的安全生产     

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.     

束管系统在采空区自燃规律研究中的应用

林南仓矿所采各煤层均属于自燃煤层.放顶煤开采采空区遗煤较多,加之漏风通道较多易造成采空区遗煤发生自燃.利用束管系统对1226采空区气体成分进行了测定分析,得出了该工作面采空区煤炭自燃的发火规律,为合理选择预防采空区煤炭自燃的措施提供了科学的理论依据.     

井下煤炭自燃发火期预测

准确地预测井下煤炭自燃发火期,并制定出预防和处理措施,才能防止火灾事故的发生。本文分析了煤炭氧化自燃系统所表现出的各种“白色信息”,并以火区附近的一氧化碳浓度作为预测指标,建立了自燃发火期预测模型,与实例是符合的。     

基于熵权未确知理论的采空区自燃危险性评价

针对采空区自燃危险性评价难以定量分析的现实,根据煤炭自燃发火机理,建立以煤的自燃倾向性、持续漏风供氧条件和聚热散热条件为一级指标的采空区自燃火灾危险性评价指标体系。基于信息熵和未确知测度理论,构建评价模型,并进行定性、定量分析。应用实例表明,该模型可正确评价采空区自燃发火的危险性。该研究为煤矿有效控制煤炭自燃、降低火灾危险提供了参考。