应用气体分析法预测预报煤自然发火

应用气体分析法预测预报煤自然发火

摘要：通过煤的升温氧化实验，分析煤氧化释放气体随煤温变化规律，确定煤自然发火预测预报的指标气体。运用灰色关联分析方法，对各主要指标气体进行了可信度分析。根据实验数据和分析结果，建立了煤自然发火的预报系统。

关键词：煤炭；自然发火；预测预报；指标气体

自燃火灾是煤矿的重大灾害之一，严重地影响着煤矿的正常生产。做好煤炭自然发火早期预测预报工作是预防自燃火灾的关键，目前普遍采用的预报方法是气体分析法。应用气体分析法预测预报煤自然发火，首先要找出能反映煤自然发火特征的指标气体。在实践过程中，经常发现各指标气体给出不同甚至相反的预报结果，因此必须对各指标气体的可信度进行分析，避免漏报或误报。

1煤的升温氧化实验

1.1实验系统

本实验主要是通过测定煤升温氧化过程中所放出的一系列反映煤自燃

特征气体的含量，并根据气体生成量随煤温升高的变化规律，找出可以灵敏、准确地反映煤早期自燃特征的气体，作为指标气体进行煤炭自然发火的早期预测预报。

实验系统是由煤加热升温氧化系统、气体进样和分析系统、数据处理系统等部分组成，如图1所示。

1.2结果分析

本次实验分别从开滦赵各庄矿9煤层和12煤层采集了9个煤样进行升温氧化实验。对实验结果分析可知：适合于赵各庄矿煤炭自然发火预测预报的指标气体主要是一氧化碳(CO)、乙烷(C2H6)、乙烯(C2H4)和乙烯比乙烷(C2H4/C2H6)。煤的自燃氧化过程分为3个氧化阶段：缓慢氧化阶段、加速氧化阶段和激烈氧化阶段。3个阶段的温度范围：300℃。

图1实验系统示意图

2指标气体可信度分析

采用灰色关联分析法，通过计算煤在氧化过程中各指标气体与煤温的关联度，来评判各指标气体的可信度。

由实验结果分析可知，缓慢氧化阶段(<180℃)的指标气体主要是CO和C2H6，此阶段各煤样CO体积分数随温度变化比C2H6表现出了更强的规律性，而且出现较早，作为预测指标气体明显优于C2H6，在这里对二者不再进行关联分析。而在加速氧化阶段(180~300℃)，C2H4和C2H6都已出现，如果各指标气体的预测结果产生矛盾，容易发生误报或漏报。而此阶段是煤炭自然发火早期预测预报的关键时期，所以有必要分析各指标气体的可信度。在激烈氧化阶段，煤已将近燃烧，对于早期预测预报已没有意义。所以，选取了温度(t)在[180，300]之间对各气体指标进行关联分析。计算各煤样与温度变化的灰色关联度如表1所示。

表1各煤样的灰色关联度

由表1可知，在加速氧化阶段即f在[180，300]范围内，C2H4，C2H6C2H4/C2H6与温度的关联度要比CO高，也就是说，在此阶段(180~300℃)C2H4，C2H4C2H4/C2H6的预测结果正确性的可信度要比CO

高。

3建立预测预报系统

首先根据实验数据建立指标气体与煤氧化温度变化之间的数学模型。在缓慢氧化阶段(煤温小于180℃)，预测指标气体主要是CO，因此在该阶段建立CO体积分数与温度关系模型；在加速氧化阶段(煤温在180～300℃)，经灰色关联分析可知烃类气体指标(C2H4，C2H6，C2H4/C2H6)要比CO的可信度高。煤在氧化过程中释放的C2H4和C2H6的量很少，容易受到外界因素的干扰，会给分析结果带来误差，而C2H4/C2H6克服了通风条件的影响，作为预测指标要优于C2H4和C2H6，所以选用C2H4/C2H6比值与温度关系模型作为预测模型，同时做出了在此阶段CO体积分数与温度关系模型，二者相互印证。预报系统的结构框图如图2所示。

图2预报系统结构框图

4结语

应用气体分析法预测预报煤自然发火．首先要建立煤的升温氧化实验系统，通过分析煤样在升温氧化过程中释放出来的气体随煤温变化规律，确定适合煤自然发火预测预报的指标气体。运用灰色关联分析，对指标气体预测预报结果的可信度进行了分析，并在此基础上，建立煤自然发火的预报系统。应用该系统就可以对煤的自然发火进行有效的预测预报。

参考文献：

[1]罗海珠，梁运涛.煤自热发火预测预报技术的现状与展望[J].中国安全科学学报，2003，13(3)：76-78

[2]罗海珠.各煤种自然发火标志气体指标研究[J].煤矿安全，1992(5)：5-10

[3]周延，王省身.标志气体分析法在煤炭自燃早期预报中的应用与发展

[A].矿井通风论文集[C].2001：176-179

[4]王永湘.剥用指标气体预测预报煤矿自燃火灾[J].煤矿安全，2001(6)：15-16，58

[5]罗庆国，徐国新.灰色关联分析与应用[M].南京：江苏科学技术出版社，1989

[6]刘思峰，郭天榜，党耀国.灰色系统理论及其应用[M].北京：科学出版社，1999