煤样热解实验与自燃预报标志气体优选
煤层自燃发火指标气体的选择及预测预报应用
煤层自燃发火指标气体的选择及预测预报应用郭一铭; 何启林【期刊名称】《《安徽理工大学学报（自然科学版）》》【年(卷),期】2019(039)003【总页数】6页(P60-65)【关键词】自燃; 指标气体; 热分析; 色谱分析; 预测预报【作者】郭一铭; 何启林【作者单位】安徽理工大学能源与安全学院安徽淮南232001【正文语种】中文【中图分类】TD75煤炭自燃火灾是矿井安全生产的主要灾害之一[1-2]。
煤炭自燃火灾早期的预测预报的优势在于早在煤体还未出现冒烟或者明火的现象之前，就可以依据温度以及指标气体等参数，提前察觉到其自燃势头，便能在火灾萌芽阶段对煤炭自燃进行有效控制。
可见，煤炭自燃火灾早期的预测预报是防止火灾或减少损失一种行之有效的手段。
现阶段，预测预报方法主要有两种，温度检测法以及指标气体分析法[3-9]。
国内外学者对此进行了大量的研究工作，经相关实验研究表明，煤体氧化过程中能解析出很多种气体，比如一氧化碳(CO)、氢气(H2)、甲烷(CH4)、乙烷(C2H6)、乙烯(C2H4)、丙烷(C3H8)、乙炔(C3H6)等等。
可以借助煤低温氧化实验对煤炭的低温氧化规律性展开研究，同时该实验可以针对低温氧化气体产物的属性与它的变化规律进行分析，从而进一步优选出相应的气体产物作为指标气体进行对煤炭自燃发火的预测预报[10-13]。
基于煤的热解试验，可借助气体分析法来预测预报自燃发火，根据热解实验析出气体的析出顺序以及生产量受温度影响的规律来实现针对煤炭自燃预测预报的目的[14-15]。
本文针对官地煤矿8煤层煤容易自燃特性，为防止和减少8煤层煤自燃火灾发生，选取官地煤矿8煤层具有代表性的工作面(29403工作面)煤层的煤样，对此进行低温氧化实验，进行煤自燃标志气体分析并研究煤中放出的气体成分和含量，观察研究气体成分和含量随温度升高而变化的规律，接着优选出标志气体，从而达到预测预报煤炭自燃发火的目的。
煤样标志性气体的选择与自燃倾向性实验研究
煤样标志性气体的选择与自燃倾向性实验研究
阎进才;姚建
【期刊名称】《华北科技学院学报》
【年(卷),期】2009(6)2
【摘要】本文结合某矿采空区的发火现状对标志性气体选择与煤样自燃倾向性进行了系统的实验研究,确定了CO、C2H4 、C3H6 、C3H8 、C2H4/C2H6等气体在适当条件下可以作为该矿煤层自然发火的标志性气体,认定该矿煤层自燃倾向性属于Ⅱ类自燃煤层与Ⅲ类不易自燃煤层.本文的实验研究结果可以用于指导煤矿生产,减少采空区发火的次数和影响范围,降低由此而造成的人员伤亡、财产以及煤炭资源的损失.
【总页数】4页(P26-29)
【作者】阎进才;姚建
【作者单位】山西省乡宁县台头煤矿,山西,乡宁,042103;华北科技学院,安全工程学院,北京,东燕郊,101601
【正文语种】中文
【中图分类】TD75
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1.煤样标志性气体选择的实验研究 [J], 刘艳红;姚建
2.不同自燃倾向性煤的指标气体产生规律实验研究 [J], 沈云鸽;王德明;朱云飞
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4.某煤层标志性气体与最短自然发火期实验研究 [J], 魏超;单文选;陈江龙;孙际宏
5.不同温度下煤样氧化热解气体产物在煤中吸附特性的实验研究 [J], 王铭明;汪晨;于浩;胡圣明
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聚鑫龙煤矿煤炭自然标志性气体的实验与分析
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 ３ ０ ￣ Ｃ ，将恒温加热箱设定为 １ ￣ Ｃ ／ ｍ ｉ ｎ 程序升温 ，煤样温度从 ３ ０ ￣ Ｃ 开始 ， 在 ３ Ｏ ℃ 一３ １ ０ ￣ Ｃ 每隔 ２ Ｏ ℃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 ３ １ ０ ￣ Ｃ～ ４ ０ ０ ￣ Ｃ 每隔 ３ ｏ ￣ 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 ４ ０ ０ ％
和热导检测器组成 ，热导检测器 Ｃ Ｄ ） ：灵敏度 Ｓ ＞５ ￣ ０ ０ ０ ｍｖ ． ｍｌ ／ ｍｇ （ 苯）； 图１离子化检测器（ Ｆ Ｉ Ｄ ） ： 灵敏度 Ｍ≤１ ×１ ０ — １ ｌ ｇ ／ ｓ ｅ ｃ ； 噪
声≤５ ×１ ０ — １ ４ Ａ；
煤样放入加热炉 内进行试 验。
产生的指标性 气体如 ｃ Ｏ ，ｃ Ｈ ｃ Ｏ 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 Ｇ Ｃ ４ ０ ０ ０ Ａ气相色谱 仪 ， 配以氢焰检测器
煤的自燃倾向性鉴定和标志性气体测定实验指导书
各位同学：由于今年上半年矿井火灾防治的两个实验报告没有交，现在学校参加教育部评估，所有同学都必须补上实验报告，在2013-9-18（星期三）中午之前交上来！事关教育部评估，请大家认真仔细撰写实验报告，出现问题个人负责！实验日期：第三周星期一为2013年3月11日，其它时间大家往后推，查日期！课程名称实验名称实验类别实验类型实验要求学生层次任课教师准备教师指导教师班级实验人数每组人数实验学时数实验时间地点周次星期节次矿井火灾防治煤的自燃倾向性鉴定 3 3 1 3 姚建王轶波姚建、王轶波安全B101-242 8 2 3 一1-2 安科楼218矿井火灾防治煤的自燃倾向性鉴定 3 3 1 3 姚建陈绍杰姚建、陈绍杰安全B102-342 8 2 3 四1-2 安科楼218矿井火灾防治煤层自燃的标志性气体检测 3 3 1 3 姚建王轶波姚建、王轶波安全B101-242 8 2 5 一1-2 安科楼218矿井火灾防治煤层自燃的标志性气体检测 3 3 1 3 姚建陈绍杰姚建、陈绍杰安全B102-342 8 2 5 四1-2 安科楼218 矿井火灾防治煤的自燃倾向性鉴定 3 3 1 3 姚建王轶波姚建、王轶波安全B104 29 8 2 3 一3-4 安科楼218矿井火灾防治煤的自燃倾向性鉴定 3 3 1 3 姚建陈绍杰姚建、陈绍杰安全B105 27 8 2 3 二1-2 安科楼218 矿井火灾防治煤层自燃的标志性气体检测 3 3 1 3 姚建王轶波姚建、王轶波安全B104 29 8 2 5 一3-4 安科楼218 矿井火灾防治煤层自燃的标志性气体检测 3 3 1 3 姚建陈绍杰姚建、陈绍杰安全B105 27 8 2 5 二1-2 安科楼218煤的自燃倾向性鉴定一、实验目的1.1了解ZRJ—1型煤自燃倾向性测定仪的工作原理和基本构造；1.2掌握利用ZRJ—1型煤自燃倾向性测定仪测定煤在常温常压下对流态氧的吸附特性的步骤和方法。
浅谈矿井煤炭自燃标志性气体的确定
浅谈矿井煤炭自燃标志性气体的确定【摘要】井下煤炭自燃发火是煤矿生产的主要灾害之一，轻者烧毁煤炭资源、重者造成人员伤亡。
多年来，由于井下特殊的开采环境，使得人们难以预知井下煤炭什么时间可能自燃发火，难以实行有效的预防和控制火灾的措施，致使火灾事故屡见不鲜，给煤矿的安全生产造成了巨大损失。
气体分析法是预测自然发火的最常用手段，煤炭受热分解时，产生的气体产物种类及其与温度之间的对应关系随矿井和煤质的不同而异。
因此，利用气体分析法预报自燃发火成功的关键是，在现场采取煤样，通过热解实验寻找适合矿井的指标气体，以便于决策分析。
【关键词】煤炭自燃；标志性气体；热分解试验煤炭自燃火灾早期预测预报主要有测温法和气体分析法两种。
测温法：就是根据煤炭在氧化自燃过程中产生一定的热量，使周围的煤岩和空气温度升高的性质，通过检测煤岩和环境温度来判断煤炭的自燃程度，进行早期预测预报。
气体分析法：就是依据煤炭在氧化自燃过程中，除放出一定热量外，同时还要热解释放出CO、C2H4等碳氢类气体的特点，通过检测分析采、掘空间是否有煤炭自燃而产生的气体产物，进行煤炭自燃的早期预测预报。
上述两种方法，气体分析法是目前国内外较为广泛使用的一种方法。
但是测温法和气体分析法结合起来，更能够预测出煤炭自热发火的程度。
煤炭热解时，产生的气体产物种类及其与温度之间的对应关系随矿井和煤质的不同而异。
因此，利用气体分析法预报自燃发火成功的关键是，在现场采取煤样，通过热解实验寻找适合七五矿的指标气体。
为了选择合适的指标气体，以便利用气体分析法预报矿井自燃发火，我们在现场按采样规定采取了试验煤样，进行了实验室热解试验研究。
1 试验系统为了选择符合矿井实际的指标气体，我们设计制造了煤炭氧化热解试验系统，如图1所示。
该系统由如下四个主要部分组成：（1）氧化热解试验装置；该装置由煤样罐、加热炉和保温外壳等组成。
（2）煤温检测和温度控制装置；煤温由6个热电偶与4.5位毫伏计相配合测定；煤温的控制由埋在煤样中的控温探头和SP-2305气相色谱仪的温度控制器共同完成。
煤层自然发火指标气体的选择实验分析研究
１ ２ 实验 条 件 ．
图 １ 实 验 装 置 结 构 示 意 图
（ ） 热炉 １加
为 ５０ ３８采 空 区 ， 为井 田边界 。工 作 面煤层 易 自 北
燃 ， 短 发 火 期 ６个 月 。该 工 作 面 相 对 瓦斯 涌 出 最 量 ０ ５ ｍ ／ ， 对 涌 出量 ０ ４ ９ ｍ ｎ 煤尘 有 爆 ．０ ｔ绝 ．８ ｍ ／ ｉ，
样 品质量 一
５ ｇ １／ 煤 层 煤 样 ） 升 温 ０ （０ １ １ ，
速 率— — １Ｃ ｒ ｎ ／ ｉ。 ｏ ａ
（ ） 相色 谱仪 ２气 柱箱 温 度 ０ ， 导 温 度 —— １ ０ ， ℃ 热 ｏ ℃ 汽 化 温 度— — １０ ， 化 温 度——＿ ０ ， 丝 温 ５ 转 ３ ℃ 桥 ６ 度 —— １ ０Ｃ， ｃ — — 载 气 Ｈ 纯 度 ９ ． ９ ， ３￣ Ｔ Ｄ ， ９９ ％
一
２ 除大块 的煤做 人 工 粉碎 外 ， 余 基本 上 是 ） 其 原采 取 的煤样 ， 采空 区遗 煤 在 物理 化 学性 质 方 与 面 比较接 近 ， 因此实验 结果 与实 际情况较 相符 。
１ ４ 实验 方法 及实验 过程 ．
氧化碳 的实验 结果 如 图 ２所示 ， 由图可 见 ：
朱家店煤矿4#煤自燃指标气体优选实验
山西离柳焦煤集团有限公司朱家店煤矿位于山 西省吕梁地区中阳县以北约 10 km 朱家店村； 井田 面积为 17． 154 7 km2 ，开采深度为 + 1 100 ～ + 460 m； 可采煤层 5 层，目前准备开采 4# 煤层。4# 煤厚度 0 ～ 1． 76 m，煤质为焦煤。原煤挥发分 22． 23% ～ 25． 98% ，吸氧量为 0． 784 0 cm3 / g，自燃等级为 I 级， 为易自燃煤层。朱家店煤矿为高瓦斯矿井，煤尘具 有爆炸性。在 4#煤层 0401 工作面形成后，生产过程 中需对采空区进行瓦斯抽放作业，加大了采空区漏 风，在煤层易自燃基础上增加了采空区浮煤自燃的 概率。采空区浮煤自热的高温热源易引起瓦斯及煤 尘爆炸事故。因此，选取朱家店煤矿 4# 煤层煤样， 进行煤自燃指标气体优选实验，研究该煤样自燃特 征温度点及升温条件下 CO、CO2 、C2 H4 等气体产生 规律，优选煤自燃气体指标，对该矿工作面采空区及
KANG Ji － zhong （ Shanxi Liliu Coking Coal Group Company，Xiaoyi 032300，China） Abstract： Through field collecting coal samples in No． 4 coal seam of Zhujiadian coal mine，the programmed temperature rising test and gas chromatograph are applied to study the production and change laws of CO，CO2 and C2 H4 gases during the coal oxidized spontaneous combustion process，and the curve rules of φ（ C2 H4 ） / φ（ C2 H6 ） ，φ（ C3 H8 ） / φ（ C2 H6 ） and other alkene / alkane ratio are analyzed． The test proves that spontaneous critical temperature of No． 4 coal seam is 60 ～ 70 ℃ ，dry cracking critical temperature is 90 ～ 110 ℃ ． During the temperature programming process，the oxygen consumption rate and exothermicity of coal samples are rapidly increased after 90 ～ 110 ℃ ． CO，C2 H4 ，C3 H8 can be taked as coal spontaneous combustion index gas for No． 4 coal seam，and φ（ CH4 ） ，φ（ C2 H4 ） / φ （ C3 H8 ） ，φ（ C2 H4 ） / φ（ C2 H6 ） can be taked as auxiliary indicators，which provides a theoretical support for fire prevention technology， fire monitoring and early warning of Zhujiadian coal mine． Key words： programmed temperature rising； oxidation spontaneous combustion； index gas； spontaneous combustion characteristics
煤炭自燃预测预报中如何选择指标气体？
煤炭自燃预测预报中如何选择指标气体？井下采空区一旦发生煤炭自燃，直接影响煤矿的安全生产，也威胁着职工的人身安危和国家财产安全。
如何准确地监测、预报和预防火灾的发生，是当前煤炭生产的一个重要任务之一，也是实现预防为主的关键。
在煤炭自燃火灾预测预报工作中，如何正确选择指标气体及合理确定指标气体预报临界值，是能否准确、适时预报的关键。
指标气体，也称标志气体，是指能反应煤炭自燃特征的气体。
长期以来，国内外一般选用CO作为指标气体进行预报，在实践中也为防治煤炭自燃火灾起到了重要作用。
但CO作为指标气体也存在一定的缺点，因为CO浓度与火源温度的直接关系不易确定，所以在预测煤体氧化自燃的升温过程、煤炭自燃的发展进程和自燃阶段的划分上，具有较大的难度。
从燃烧机理角度来看：煤炭自燃进程，就是煤氧复合过程，伴随这过程的是燃烧产物的生产。
不同的燃烧状态，其生成产物存在明显的差别，这是煤炭自燃预报、预测的基础，因此，可以把煤炭自燃进程中生成的气体作为煤炭自燃预报、预测的指标气体。
指标气体优选原则试验研究各煤样在不同热解温度下生成气体的量，其目的在于为煤炭自燃提供预报、预测的手段。
为了使预报、预测煤炭自燃发火更为及时和准确，选择哪种气体作为预报用的指标气体是很关键的。
因此，在确定指标气体时，需要考虑以下条件：1)灵敏性：井下一旦有煤炭处于自燃或自燃状态，且煤温超过一定值时，则该气体一定出现，其生成量随煤温增加而增多。
2)规律性：同一煤层同一采区的各煤样在热解时，出现指标气体的最低温度基本相同(不超过45℃)，指标气体的浓度变化与煤温之间有较好的对应关系，且重复性较好。
3)可测性：现有检测仪器满足检测要求。
对于煤炭自燃，要采取合理的措施进行预防。
徐州吉安研发的普瑞特防灭火新技术可以有效防治煤炭自燃。
该技术集凝胶、黄泥灌浆、三相泡沫、氮气和阻化剂的防灭火优点于一体，特别是继承了泡沫的扩散性能和凝胶良好的固水特性。
一方面，水浆生成泡沫之后，缓慢形成凝胶，能把大量的水固结在凝胶体内，避免了浆液中大量水流失或者溃浆的缺点，大幅度提高了浆水在采空区里的滞留率；另一方面，形成的凝胶能以泡沫为载体对采空区的高、中、低位火源或浮煤大范围全方位的覆盖，且能固结90%以上水分并形成凝胶层，防火时能持久保持煤体湿润并隔绝氧气，灭火时能长久地吸热降温，防止火区复燃。
煤层自然发火指标气体的选择实验分析研究
煤层自然发火指标气体的选择实验分析研究武丕俭;张景钢;康怀宇【摘要】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.【期刊名称】《华北科技学院学报》【年(卷),期】2010(007)004【总页数】5页(P25-29)【关键词】自然发火;指标气体;预测预报;矿井防灭火【作者】武丕俭;张景钢;康怀宇【作者单位】汾西矿业集团新峪煤业公司,山西,032300;华北科技学院,安全工程学院,北京,东燕郊,101601;华北科技学院,安全工程学院,北京,东燕郊,101601【正文语种】中文【中图分类】TD75+2.1煤炭自然发火标志性气体的优选与应用是进行矿井煤炭自然发火预测预报的主要技术手段。
它的主要原理是煤在热解时要产生多种气体,并且各种气体生成量与煤温之间具有一定的对应关系。
利用这种对应关系可以在矿井中通过检测各种气体的浓度来预报矿井自燃状况。
不同煤种在不同温度时热解时生成的各种气体浓度也不相同,针对特定的煤层就需要通过在实验室进行煤升温氧化实验来找出适合本煤层自燃预测预报的标志性气体。
新峪煤业公司 5110工作面主采 10#、11#煤层,工作面东为 5112采空区,南为五采区大巷,西为5308采空区,北为井田边界。
工作面煤层易自燃,最短发火期6个月。
该工作面相对瓦斯涌出量 0.50m3/t,绝对涌出量 0.489m3/min,煤尘有爆炸危险,爆炸指数 20%。
实验装置示意图如图 1所示,实验试管为钢质试管,内装煤样 750g(10/11#煤层煤样)。
试管水平放于程序控温实验箱内,其底部有进气管,由空气压缩机向试管供空气,由转子流量计测控进气流量;试管顶部有出气管,流出的气体采用气相色谱仪分析;试管中心有测温传感器,测试煤样核心温度,另一个温度传感器布置在煤罐壁,用来检测罐壁的温度。
煤自燃预测预报——指标气体预测方法
煤自燃预测预报——指标气体预测方法煤自燃是煤矿主要灾害之一，自燃造成煤炭资源浪费、影响安全生产，也可能引发矿井瓦斯、煤尘爆炸事故、产生有毒气体危害矿工人身安全。
我国煤矿自燃发火现象是全球最严重的国家之一，自燃发火每年给我国煤矿带来数十亿的经济损失。
尤其是在高产高效矿井中，煤自燃带来的经济损失无法估量。
煤自燃治理的关键在于升温预测预报。
目前比较成熟的煤自燃早期预报方法主要为指标气体预测方法，即通过现场采样、实验室分析的方法，确定某一煤种在不同温度阶段所对应的气体产物产生规律，然后在实际生产过程中通过巷道气体的监测与实验结果相对应，从而确定煤层是否处于危险状态。
常用的指标气体包括不同种碳氧化物、碳氢化合物、氢气等，还有其他用于判别煤自燃阶段的格雷厄姆指数、耗氧量、链烷比、碳氢比等（预测煤自燃的气体分析法判定指标研究现状）。
其他较为常用的方法还有测温法、示踪气体方法、数值分析方法等。
大量研究发现煤氧化生成的CO气体与煤自燃阶段具有十分密切的关系，又由于矿井风流中一般不含有CO气体，不存在自燃环境对测量带来的偏差，因此CO是广为接受的煤自燃早期预测的指标气体。
徐州吉安矿业科技自主研制了ZQC3/6井下束管气体采样装置及监测系统。
主要由井下气体采样装置、数据传输系统和数据处理显示系统三部分组成。
该产品实现了在井下近距离采样、即时显著特点分析、实时监测、准确预警的功能，为煤自燃的早期预测预报和防治工作提供科学的依据。
束管监测系统特点1）体积小、安装方便。
2）使用、维护简单。
采样装置把系统控制、气体采样、检测集成在一起，便于维护。
整个系统可以在就地和远程两种控制模式下运行，显示器能动态的反映出当前系统的工作状态，通讯状态，采样值和采样时间，休眠时间。
3）运行稳定，可靠性高。
系统通过外置滤尘装置和空气过滤器对气样进行过滤，适应井下多尘、潮湿的环境，结构简单，不易发生故障。
4）自动化程度高，操作方便。
远程自动模式按设定时间自动循回进行采样、检测、输出结果，直到设定的时间停止；远程手动模式可以根据实际需要选定其中某一地点进行采样。
浅析煤炭自燃指标气体的优选与使用
浅析煤炭自燃指标气体的优选与使用
邵辉;代广龙
【期刊名称】《煤炭科学技术》
【年(卷),期】1996(024)009
【摘要】通过实验数据说明指标气体优选是煤炭自然发火早期预报的关键，讨论了指标气体的优选过程和使用方法；指出应用指标气体进行了煤炭自然发火的早期预防是防止和减少矿井火灾行之有效的手段。
【总页数】4页(P43-46)
【作者】邵辉;代广龙
【作者单位】不详;不详
【正文语种】中文
【中图分类】TD752.2
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1.煤炭自燃特性与指标气体的优选 [J], 谢振华;金龙哲;任宝宏
2.煤炭自燃指标气体浓度无线监测系统的设计 [J], 邓霄;刘笑达;程鹏;张建国
3.哈拉沟煤矿煤炭自燃指标性气体研究 [J], 刘振;朱云龙;谷军立
4.许疃煤矿煤炭自燃指标气体优选与应用 [J], 骆大勇;刘振
5.煤炭自燃倾向性试验研究及指标气体优选 [J], 王从陆;伍爱友;蔡康旭
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煤层自燃标志气体优选原则
煤层自燃标志气体优选原则
a) CO、C2H4和C2H2在一定程度上反映了自然发火的缓慢氧化、加速氧化和激烈氧化的三个阶段，因此进行标志气体优选时，应优先考察这三种标志气体及其指标的适用性;
b) 当煤层赋存瓦斯中含有较高量的重烃组分时，应用链烷比和烯烷比时应考虑重烃释放时间的影响，并考察其适用性;
C) 低变质程度的褐煤、长焰煤、气煤和肥煤，应优先考虑烯烃及烯烷比标志气体及其指标;
d) 中变质程度的焦煤、瘦煤及贫煤，应优先考虑CO和烯烃及烯烷比标志气体及其指标，
e) 高变质程度的无烟煤，应优先考虑CO及其派生指标。
灵泉煤矿煤层自然发火标志性气体优选
2017年第42卷第5期Vol.42 No.5能源技术与管理Energy Technology and Management115doi:10.3969/j.issn.1642-9943.2014.05.042灵泉煤矿煤层自然发火标志性气体优选王海军(神华集团乌达五虎山矿业有限责任公司，内蒙古乌海016000)[摘要]煤自燃火灾严重威胁煤炭工业的安全，煤自燃火灾指标气体的早期预测预报可以 判断采空区煤层自然发火情况。
通过采集内蒙古扎赉诺尔煤业有限责任公司灵泉等煤矿的8个煤样，煤种都是褐煤，在自然发火气体产物模拟实验装置上进行实验，分析了 CO、C2H4、C3H6、C2H2指标气体的析出规律，绘制的气体体积分数随温度的变化曲线，并根据以往实验数据指出C2H4、C s H6出现的临界温度，提出用浓度差值法对。
0气体体积分数校正，最后指出。
0丄2凡^迟6丄2%作为灵泉煤矿煤层自然发火的标志性气体。
[关键词]自然发火;预测预报;标志性气体；火灾气体;煤炭自燃[中图分类号]TD75+2.1 [文献标识码]B[文章编号]1672-9943(2017)05蛳0115蛳030引言煤炭自燃指标气体的预报，是指根据井下工 作面采空区中某些气体的存在及其体积分数来判 断采空区是否有煤炭自燃及自燃的发展阶段和严 重程度。
传统的指标气体法利用煤本身氧化释放 的气体进行预测预报，目前作为主要预报手段已 经到了广泛的应用。
但近年来应用某些示踪物质 受热释放特征标志气体预测预报煤炭自燃取得了 新的进展。
煤炭自燃指标气体是指能预测和反映其自然 发火状态的某种气体，这种气体的体积分数随煤 温的上升而发生规律性的变化。
一般情况下，煤自 然发火需要经历了3个不同的发展阶段，分别为 缓慢氧化发展阶段、加速氧化阶段和激烈氧化阶 段。
3个阶段的温度范围和产生的气体产物种类 与气体的体积分数是不一样的。
从煤的自燃机理 角度分析，煤在氧化升温过程中会释放出CO、CO2、烷烃、烯烃以及炔烃等气体。
煤自燃早期预报标志性气体优选实验改革研究
2019年第39期（总第363期）教育界/ EDUCATION CIRCLE▲研修发展安全工程是一门需综合地运用知识和能力去解决实际问题的学科，是一门实践性强、综合性强的学科，它的目的是培养能够掌握各个领域通用安全科学专业技术的安全工程专业学生，使他们成为高素质的专业技术人员和管理人员[1]。
安全工程专业实验室是实践教学的重要基地，对学生动手能力、实践能力、创新精神和综合素质的培养具有非常重要的作用。
太原理工大学安全工程专业于2010年被批准为“第一批教育部卓越工程师”的培养专业。
其中，实践教学环节是卓越计划的中心环节，实践教学质量的优劣直接关系到高校教学改革的成败，影响着大学生未来就业能否适应国家与社会发展的需要。
本专业的矿井火灾防治技术从理论研究到现场实践均处于国内外领先地位。
矿井火灾是我国煤炭工业“五大自然灾害”之一。
随着我国煤矿开采强度的增大、开采深度的增加、机电化程度的提高，矿井火灾日益严重。
据不完全统计，我国煤矿的自然发火率逐年上升，已高达70%以上，并有不断增加的趋势。
煤炭企业急需大量具有扎实理论基础和丰富实践能力的大学毕业生去参与矿井火灾的防治技术工作，为煤矿的安全生产保驾护航。
“矿井火灾防治技术”课程是我校安全工程专业的重要专业课程之一，该课程在提高本科学生科学理论水平的基础上，更加强调实验实践教学的重要性。
因此，选择矿井火灾防治相关的实验，使学生更接近矿井实际，开展相应的实践训练，教师进行有针对性的指导性教学，使学生对煤炭自燃有更深层的理解，对矿井火灾防治的相关核心知识点也会掌握得更加牢固，从而提高学生的实践应用能力。
一、存在的问题煤自燃的早期预报技术是煤矿企业自燃火灾防治的关键，《煤炭矿井设计防火规范》与《煤矿建设项目安全设施设计审查和竣工验收规范》中明确提出，必须建立火灾监测系统，确定煤层自然发火的标志气体及临界值，健全自然发火预测预报及管理制度。
目前，在煤矿企业的矿井自燃火灾的防治过程中，自燃火灾标志性气体的优选主要依托高校的科研实验室的研究结果，还未形成一套标准、可操作的分析测试实验。
斜沟煤矿13号煤层自燃特性与标志性气体试验研究
煤样 反应过程
Ｔ０～Ｔ１
丝炭煤
Ｔ１～Ｔ２ Ｔ２～Ｔ３
Ｔ１～Ｔ３
Ｔ０～Ｔ１
不含丝炭煤 Ｔ１～Ｔ２ Ｔ２～Ｔ３
２ 确定试验参数
试验所选用的参数：①煤样的粒径达到 １２０目； ②设置升温速率为 ５℃ ／ｍｉｎ、１０℃ ／ｍｉｎ；③试验起 初温度设置为 ２５℃，完成温度设置为 ８００℃；④选 取试验保护气体为纯度 ９９％的氮气、气氛气体为纯 度 ９９％的氧气［１２］，以此作为模拟自然环境中的空气 成分，设置试验流量分别为 ４０ｍＬ／ｍｉｎ、１０ｍＬ／ｍｉｎ； ⑤选取煤样的质量为 １５～２０ｍｇ。
６
２０２１年 ７月 赵宇新：斜沟煤矿 １３号煤层自燃特性与标志性气体试验研究 第 ３０卷第 ７期
与标志性气体不清楚，依据国家标准，通过井下现场 采样，共获得 ２３１０５工作面 ２个煤样———含丝炭煤 和不含丝炭煤，井下现场采样后马上用保鲜膜包装 封闭处理，充分隔绝氧气。利用试验工具研磨、粉碎 煤样到 １２０目，放置于磨口瓶中，充分密封保存使 用［１１］。
式中：β为煤样反应时的升温速率；ｇ（α）为煤样 相关系数 ｒ，得到每个反应阶段的动力学满足反应级
反应时的积分函数。依据大部分试验反应的温度范 数模型中的 １级反应模型，即 ｆ（α）＝１－α，具体见
Ｅ
表 ２。
围和 Ｅ值， 都大于等于 １，因此公式（２）右端第一
ＲＴ
３．１．４ 研究动力学参数
项基本为常数，这样 ｆ（α）与 ｇ（α）相对应。
图 １ ＴＧ、ＤＴＧ曲线
３．１ 煤样热重试验 选用 ＳＴＡ４４９Ｃ综合热重分析仪进行试验［１３－１４］，
测定在程序温度控制条件下随着温度变化煤样质量 的变化规律。 ３．１．１ ４个特征温度
由图 １发现：在 ＴＧ曲线上 ４个煤样存在 ４个重 要的特征温度点［１５］，分别为：
清镇煤矿煤炭自燃标志性气体的实验研究
清镇煤矿煤炭自燃标志性气体的实验研究宋祥生【摘要】通过对清镇煤矿工作面采空区煤样的氧化热解模拟实验,绘制了各氧化热解气体二氧化碳、氧气、丙烷和一氧化碳等气体浓度随温度的变化曲线,分析找出该矿煤炭自燃的标志性气体指标,为掌握工作面采空区煤炭自燃的规律和制定有效合理的煤炭自燃发火的防治措施提供依据.%According to oxidative pyrolysis simulation experiment of coal sample for Qingzhen coal mine goaf, the curve of gas concentration changing with temperature such as carbon dioxide, oxygen, propane, and carbon monoxide. And find out the index of spontaneous combustion landmark gas, providing reference for mastering the spontaneous combustion law at coal mine goaf and formulating effective and reasonable prevention and control measures of spontaneous combustion.【期刊名称】《价值工程》【年(卷),期】2012(031)019【总页数】2页(P293-294)【关键词】煤炭自燃;标志性气体;采空区【作者】宋祥生【作者单位】清镇站街矿业有限责任公司,贵阳551400【正文语种】中文【中图分类】F407.210 引言煤炭自燃标志性气体指标的选择一直是专家学者研究和探讨的问题。
大量的气体会在煤热解时产生，而气体生成量与煤温之间的关系也根据不同的煤质有所不同。
影响气体产生的因素有很多种，因此要根据矿井的实际情况并结合实验室研究的方法，找出适合矿井的煤炭自燃发火早期预测预报的标志性气体。
立体瓦斯抽采条件下煤自燃预测预报标志气体的优化选择
立体瓦斯抽采条件下煤自燃预测预报标志气体的优化选择余明高;周世轩;褚廷湘;赵志军【摘要】Combined the practical situation of working face in Gengcun Coal Mine of Yima Coal Industry Group and the optimization principle of sign gas,CO and C2H4 were set as the main sign gas index and C2H6 was set as the auxiliary index,the critical value of volume fraxon of CO in the goaf was quantified through the low tempe-rature oxidation experiment,and the system of sign gas was built up to predict coal spontaneous combustion of Number 23 in Gengcun Coal Mine.Meanwhile,in oder to overcome the difficulty of the gas sampling in the goaf,the relation between the gas component in the goaf and the high drainage roadway gas has been deduced,and the high drainage roadway gas has been implemented to perdict the float coal spontaneous combustion in the goaf.%结合义马煤业集团耿村煤矿工作面立体瓦斯抽采的实际情况,通过低温氧化试验,参照标志气体优选原则,确定CO,C2H4作为主要标志气体指标,C2H6作为辅助指标,并定量出采空区CO体积分数的临界值,建立了耿村矿23号煤层自燃预测预报标志气体体系.同时为克服采空区气体抽样的困难,推导出高抽巷气体成分与采空区气体成分间的关系,利用高抽巷的气体成分预测采空区浮煤的自然发火.【期刊名称】《河南理工大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2012(031)001【总页数】5页(P1-5)【关键词】标志气体;自燃预测预报;高抽巷;CO;C2H4【作者】余明高;周世轩;褚廷湘;赵志军【作者单位】河南理工大学安全科学与工程学院,河南焦作454000;河南理工大学安全科学与工程学院,河南焦作454000;河南理工大学安全科学与工程学院,河南焦作454000;河南理工大学安全科学与工程学院,河南焦作454000【正文语种】中文【中图分类】TD750 引言煤炭自然发火是影响煤矿安全生产的主要灾害之一[1-2].煤自燃通常要经过3个阶段：潜伏期(吸附氧化阶段)、自热期(氧化自热阶段)、发展期(剧烈氧化阶段)[3].在这个过程中,随着煤温的升高会生成不同的气体,如CO，CO2，CH4，C2H4，C2H6，C3H8和C2H2等[4-5],这些气体产生的临界温度都不相同,且其体积分数随着温度变化而变化,呈现出一定的规律性,利用这个规律性预测预报煤炭自然发火称为气体分析法.如何选取标志气体对煤自燃进行预测预报,对矿井的安全生产具有重要意义.在以往的研究中,大部分人都将本煤层采空区气体的含量作为预测预报采空区自然发火的一个重要指标,但是,在工作面正常回采过程中,采空区的气样难于获取,利用采空区气样成分的变化指导现场的采空区自燃防治很困难.本文结合义马煤业集团耿村矿立体瓦斯抽采的实际情况,通过试验分析的方法选择可以灵敏、准确地预测预报煤炭自燃的标志性气体,探讨利用高抽巷的气体成分代替本煤层采空区中气体成分来预测采空区自然发火的可行性,并建立了煤自燃预测预报体系.1 煤的低温氧化试验1.1 吸氧量测试试验用煤是耿村煤矿23号煤层12200工作面煤样.煤样采集后密封,送至实验室. 首先对煤样罐中煤样进行了脱附解析，通过气相色谱分析,发现煤样中含有CH4,C2H6气体,这可能是由于原煤样本身吸附的气体脱附解析产生的.其次，对煤样进行工业分析及吸氧量测试，并对含硫量进行了测试,试验中煤样采用取煤芯方式,保证了煤样的新鲜程度,在惰性环境下对煤进行粉碎并筛出0.100～0.150 mm的颗粒500 g作为试验煤样.结果如表1所示.表1 自燃倾向性测试结果Tab.1 Spontaneous combustion tendency ofexperimental results煤样编号自燃倾向性工业分析Vd/(cm3﹒g-1)全硫/%Yf/%Ag/%Vr/%23煤1.031.0519.534.5538.27经分析可鉴定该煤层具有自燃倾向性,且属于一类自燃煤层.1.2 低温氧化测试利用实验室自主设计的煤低温氧化试验系统[6]测定煤的低温氧化产物.在一定时间步长内对上部的出气口中的气体进行采样,利用气相色谱仪进行分析，得到在低温氧化过程中不同温度下气体产物的生成情况.试验时,将100 g 煤样置于铜质煤样罐中,放入程序控温箱内,然后连接好进气气路、出气气路和温度探头,检查气路的气密性.测试时向煤样内通入50 mL /min的干空气.在程序控温箱控制下以10 ℃为梯度对煤样进行加热,当达到指定测试温度时,恒定温度5 min后抽取气样及气体成分分析，试验数据见表2.表2 试验数据Tab.2 Experimental data温度/℃φ(CO)φ(CO2)φ(CH4)φ(C2H4)φ(C2H6)φ(C3H8)φ(C2H2)307.74×10-6129.13×10-62.34×10-60.000.000.000.004019.12×10-6193.29×10-63.40×10-60.000.000.000.005046.40×10-6414.31×10-64.91×10-60.002.28×10-60.000.006098.28×10-6918.02×10-65.12×10-60.003.14×10-60.000.0070175.57×10-61 660.09×10-66.77×10-60.003.71×10-60.000.0080333.63×10-63 229.41×10-69.23×10-60.004.08×10-60.000.0090432.49×10-64 190.45×10-613.53×10-60.004.59×10-60.000.00100661.95×10-66 101.64×10-615.31×10-61.11×10-64.86×10-60.000.00112955.16×10-67 920.21×10-618.37×10-62.43×10-65.23×10-60.000.001261 658.62×10-610 664.16×10-622.96×10-63.16×10-65.99×10-61.36×10-60.001423 332.46×10-618 081.07×10-636.53×10-66.92×10-67.64×10-62.29×10-60.001676 740.54×10-630 918.04×10-667.97×10-617.94×10-614.20×10-615.78×10-60.0018811 011.62×10-643 952.39×10-6114.81×10-636.37×10-619.51×10-624.94×10-60.001.3 试验结果为方便分析,将试验所得数据(表2)做成以温度为横坐标、气体体积分数为纵坐标的气体体积分数随温度变化的曲线.如图1、图2所示.1.4 试验结果分析从图1,图2中可以发现煤在30～200 ℃温度范围的氧化过程中有规律地出现CO，CO2，CH4，C2H6，C3H8和C2H4气体;CO在30 ℃时开始出现,C2H6在50 ℃时开始出现,C2H4在100 ℃时开始出现,这几种气体体积分数都随煤温的升高呈单调递增趋势;在30～200 ℃的温度范围内没有出现C2H2气体.由于通过对原始煤样的解析发现煤体含有C2H6,因此需要根据C2H6析出的初始温度和之后的变化规律来确定是否能够作为煤自燃的标志性气体.2 标志气体优化选择的原则应用气体分析法进行煤炭自燃预测预报最重要的一点便是选择合适的标志性气体.在选择标志气体时要遵循以下几个原则[7-10].(1)灵敏性．煤矿井下一旦有发生煤自燃的趋势,或煤温超过一定值该指标就会发生明显变化,且随着煤温的升高变化趋势稳定．(2)规律性．在一定区域范围内的各煤样在热解时,出现该气体的最低温度基本相同,其生成速率的变化与煤温之间有较好的对应关系且重复性较好.(3)可测性．现有检测仪器能够检知并能满足检测要求.(4)唯一性．仅因燃烧才会出现的气体.(5)单调变化性．体积分数随温度单调上升或下降,呈现较强的规律性.(6)早期显现性．指标气体必须在煤炭发生自热早期出现,以便于及早进行预警.3 各指标气体对比及优化选择3.1 一氧化碳指标气体分析试验中,CO在30 ℃时即开始出现,且其生成量随着煤温的升高而上升,200 ℃之前这种变化基本符合指数递增关系.CO的出现表明煤样已经开始氧化,CO体积分数越来越高则表明煤样氧化越来越剧烈,煤层自然发火危险性越来越高.但是试验煤样CO出现的的临界温度为30 ℃,作为指标气体需要从常温一直检测到煤进入剧烈氧化阶段,检测范围过广,无法准确判断煤自然发火发展到了哪个阶段.因此,在利用CO 作为指标气体时，需要根据其变化的趋势作为判断决策的依据，同时必须检测其它气体的生成情况.3.2 乙烯指标气体C2H4不属于煤的吸附气体组分,是煤氧化过程中的产物.试验过程中C2H4的产生与煤温之间的变化关系比较明确,其产生的临界温度集中在90～100 ℃,而且随着煤温的上升而增加,呈单一递增的关系.一旦出现C2H4,则表明煤已进入加速氧化自热阶段,因此可将C2H4气体作为标志气体来判断煤是否进入加速氧化阶段.一旦在井下检测到C2H4,则可判断此测点的风流的上风侧存在高温隐患点或存在自燃火源,此时应当积极采取一定的防治措施.3.3 乙炔指标气体从煤样分析结果来看,在整个氧化升温过程中都未检测出C2H2气体.但C2H2是煤自然发火的重要指标气体,是煤进入剧烈氧化燃烧阶段的标志.30～200 ℃时没有检测到C2H2,这表明在200 ℃之前C2H2不宜作为指标气体.一旦C2H2出现,则煤温就已经超过200 ℃,这时井下煤自燃已经发展到非常严重的程度.3.4 烷烃类指标气体C2H6在试验过程中也体现了临界温度这一概念,两个煤样测试过程中,通过现场预埋的束管系统抽取气样分析,在CO指标正常的情况下,采空区风流中存在C2H6气体,体积分数为7.4×10-5,这表明原煤样中吸附有C2H6气体,属于富乙烷煤层.在试验过程中,C2H6产生的临界温度介于40～50 ℃,在142 ℃之前随着氧化温度的升高,C2H6气体体积分数缓慢增加,表明在这个阶段,煤氧化自热逐渐积聚热量,煤温升高,一方面,原煤样中物理吸附的C2H6气体加快了脱附,另一方面,根据阿累尼乌斯方程,反应速率随着温度升高而增加,得知煤氧化速率也在渐渐增加,氧化产生的C2H6气体量也在逐渐累积,在142 ℃之后,当氧化反应获得了足够多的能量,C2H6气体生成速率突然增加,表明煤已经进入到深度氧化阶段,此时煤氧化产生的C2H6远大于自身吸符气体的释放量.鉴于利用C2H6气体预测煤早期自燃的复杂性及其不确定性,故C2H6宜作为标志气体的辅助指标,来判断煤是否进入深度氧化阶段.3.5 链烷比由于链烷比在现场应用过程中,受高抽巷抽放瓦斯的影响,采空区中CH4体积分数增大,本煤层又赋存C2H6,故在耿村矿这类富乙烷煤层自然发火预测预报体系中不予考虑.4 立体瓦斯抽采下的采空区自燃预测预报指标气体分析4.1 高抽巷CO成分与采空区CO成分关系推导耿村矿采用“U+Ⅰ”型通风系统,即在原有的“U”型通风基础上另加1条高抽巷进行瓦斯抽放.高抽巷内的气体由2部分组成,为本煤层采空区气体和邻近层原始瓦斯气体,CO和O2均来自采空区.设高抽巷中气体单位质量中本煤层采空区气体体积为A,利用质量守恒定律,可得出以下方程.由氧气质量守恒得出A·φ(采空区O2)=φ(高抽巷O2).(1)由一氧化碳质量守恒得出A·φ(采空区CO)=φ(高抽巷CO).(2)综合以上2式可以得出φ(采空区CO)=.(3)4.2 立体瓦斯抽采条件下指标气体的应用由式(3)得出结论,可用高抽巷的气体成分来代替本煤层采空区中气体成分预测采空区自然发火.对比高抽巷的实测数据和计算出来的采空区CO体积分数,可以排除其它干扰因素的影响,从而直观地反应出采空区内的自然发火危险程度.通过试验分析和以往开采的经验将采空区可接受的环境温度定为60 ℃,对应此温度下，由试验数据,得到7.74×10-6<φ(采空区CO)<98×10-6,这个阶段属于低温氧化阶段,一旦采空区CO 达到98×10-6或超出这个范围,基本可以判定采空区内部已经存在一定范围的高温区域,如果不采取措施,采空区的自然发火危险将会迅速增加,遗煤高温区域也将进一步扩大.另外，一旦在高抽巷中检测到C2H4,则表明煤已进入加速氧化自热阶段,可判断采空区中存在高温隐患点或存在自燃火源.5 结论煤自燃的预测预报体系的建立应综合考虑每个矿的实际情况,优选适合于本矿的指标气体,防煤自燃于萌芽状态.义马集团耿村矿23煤层属于一类易自燃煤层,采用“U+Ⅰ”型通风系统,经过分析得知煤层中富含乙烷,这些特征对标志气体的选择都产生了很大的影响.(1)通过煤的低温氧化试验及数据分析,结合矿上的实际情况,在30～200 ℃内,以CO和C2H4指标气体作为煤自燃预测预报体系中的标志气体.C2H6作为辅助指标.一旦检测到C2H2则表明煤自燃危险已经进入非常严重的程度.(2)对于采用“U+Ⅰ”型通风系统煤矿,经理论推导,为方便标志气体检测,用高抽巷的气体成分代替本煤层采空区中气体成分来预测采空区自然发火是可行的.(3)确定了采空区CO体积分数的临界值为98×10-6,当7.74<φ(采空区CO)<98×10-6时煤属于低温氧化阶段,一旦超过这个范围,基本可以判定采空区内部已经存在一定范围的高温区域.(4)在实际开采过程中,要不断监测高抽巷气体成分,观察CO的变化趋势,防止自然发火危险程度进一步恶化，以确保安全生产.参考文献：[1] 张广文,王旭.煤的自燃指标气体检测[J].矿业安全与环保,2002，29(5):7-8.[2] 余明高,郑艳敏.煤低温氧化热解的热分析实验研究[J].中国安全科学学报,2009，19(9):83-86.[3] 宋双林.大兴矿煤自然发火标志气体指标体系[J].煤矿安全,2010，41(4):36-38.[4] 邓军,徐精彩，阮国强，等.国内外煤炭自然发火预测预报技术综述[J].西安矿业学院学报,1999，19(4):293-297.[5] 许延辉,许满贵,徐精彩.煤自燃火灾指标气体预测预几个关键问题探讨[J].矿业安全与环保,2005,32(1):16-18.[6] 王家学,潘荣锟,余明高.高硫自燃煤层低温氧化气体衍生规律研究[J].河南理工大学学报：自然科学版,2010，29(1)：7-10.[7] 王显政.煤矿安全新技术[M].北京：煤炭工业出版社,2002.[8] 朱令起,周心权，朱迎春.东欢坨煤矿自然发火标志气体的优化选择[J].西安科技大学学报,2008，28(2):288-292.[9] 王德明.矿井火灾学[M].徐州：中国矿业大学出版社,2008.[10] 邓军,徐精彩,陈晓坤.煤自燃机理及预测理论研究进展[J].辽宁工程技术大学学报,2003,22(4):455-459.。
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图５ ８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 （ １ ９ ６ ５ ． ２ 一） ，男，山西大 同人 ，阜新矿业学院 ８ ５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３ ８层煤煤样 热解过程 中 ｃ 和温度对应关系 图
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图４ ８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 ～５ Ｏ【 Ｉ ｌ 【 Ｉ ｌ ，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 １ ６ ０ ０ ｇ ， 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 Ｃ Ｏ 和温度的关系如 图 １ ，Ｃ Ｏ 和温度的关系如图 ２ ，ｃ 和温度 的关系如 图３ ，Ｃ Ｈ ４ 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 ７ Ｏ ℃时， ｃ Ｈ ／ ｃ ２ Ｈ 和温度 的关系如图 ７
基础理论研究对于矿 山企业的可持续发展和安全战略 的实施提供 了
保证 。 只有在理论上取得重大突破和创新， 才能保证深部开采 的技术 发展和安全生产。 参考文献 ： ［ １ ］ 李通林等． 矿 山岩石 力学ｆ Ｍ１ ． 重庆 ：重庆大学 出 版社 ， １ ９ ９ １ ．
图１ ８层煤煤样 热解过 程中 Ｃ Ｏ和 温度对 应关 系图
（ １ ）通过热解分析 ，８层煤煤样 出现 ｃ Ｏ的温度 约为 ４ ３ ℃，出 现Ｃ 。 的温度在 ３ ３ ℃左右，出现 ｃ Ｈ 的温度为 ７ ８ ℃左右 ，出现 ｃ Ｈ ８ 的温度为 ９ ２ ℃左右， Ｃ Ｏ ｚ 和Ｃ 在试验一开始就 出现 ， 无明显规律 性。 但是 出现 Ｃ Ｏ的量较 大，规 律性强，易分 析，灵 敏性好 ；ｃ 。 出现也 有一定的规律性 ，但量较小，但 ｃ Ｈ 。 ／ｃ 。 Ｈ 比规律性较强。 因此 ，应选 ｃ Ｏ和 ｃ ｚ Ｈ ｅ ／ｃ Ｈ 为 ８层煤预 报煤炭 自燃 的标志性气 体 ，ｃ 为辅 助 标 志 气 体 。 （ ２ ）煤氧化温度超过 ４ Ｏ ℃时出现 ｃ Ｏ ，在 ４ ０ ￣７ ０ ℃之间 ｃ Ｏ随 温度变化 曲线平缓 ，超过 ７ ０ ＂ Ｃ时 ｃ ０随温度变化曲线上升明显。因 此 ，在 ４ ０ ￣７ ０ ℃之间可用 Ｃ ０作为预报标 志气体 ；当煤温超过 ７ Ｏ ℃ 时 出现 ｃ Ｈ ，此时 Ｃ Ｏ随温度变化 瞌线上升明显，并且 ｃ 。 Ｈ 。 ／ Ｈ 和温 度对应关系 曲线呈线性递减。因此，当煤温超过 ７ ０ ℃时，采 用 ｃ ０ 、 ｃ ｚ ｝ Ｉ ６ ／ｃ 和 ｃ Ｈ ４ 对 ８层煤煤炭发火进行早期综合预报。
作者简介 ：
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图２ ８层煤煤样热解过程中 Ｃ Ｏ 。 和温度对应关系 图
（ 上接第 ３ ３ ５页 ） 因此 能最大 限度发挥 围岩 自承作 用，提高围岩的力学性能 、改 善围岩的受力状态。 ４ 结 语 深部煤 炭开采是未来矿 上发展 的主 流， 进行深 部开采所 带来的 采矿技术研究势在必行 。在 “ 三高一扰动”的环境下， 深部开采所带 来的矿 山压力、高温 、高水压等一 系列问题 是采 矿工程所面临 的挑 战和高难 度课题 。在 防范深部开采所 带来的工程力 学 问题 的同时， 应合理利 用深部开采 中的矿 山压力大等 特点， 使 这些特 点能合 理的 为我们所 利用。 如在深部开采 中， 既要有效地预防和抑制 由高应力诱
煤矿技术
煤样热解实验与 自燃预报标志气体优选
张 效春
（ 同煤集 团燕子 山矿 。山西 大 同 ０ ３ ７ ０ ３ ７）
【 摘 要】 阐述分析 了煤炭 自 然发 火的规律 ，对 自燃预报 标志
—
性 气体 进 行 了优 选 。
【 关键词 】 煤样 热解实验 ； 自燃预报 ；标志气体