煤层自然发火期及自然发火标志性气体指标
察哈素煤矿3号煤层自然发火标志性气体研究及其应用
察哈素煤矿3号煤层自然发火标志性气体研究及其应用芮国相;王玉怀;任建军;席晓斌【摘要】In order to predict the spontaneous combustion in the No. 3 coal seam of Chahasu coal mine, 5 coal samples were selected from the coal seam and the effect of temperature rising programmed test on process of coal oxidation was studied. The rules of gases emissions such as CO, C2 H4 under different temperature were analyzed and the indicator gases were selected according to the test results. The grading pre - warning index of carbon monoxide was determined according to the actual conditions of Chahasu coal mine.%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、C2 H4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。
【期刊名称】《华北科技学院学报》【年(卷),期】2015(000)002【总页数】5页(P20-24)【关键词】自然发火;标志性气体;实验研究;分级预警指标【作者】芮国相;王玉怀;任建军;席晓斌【作者单位】内蒙古科技大学，矿业研究学院，内蒙古包头 014010; 国电建投内蒙古能源有限公司察哈素煤矿，内蒙古鄂尔多斯 017209;华北科技学院，北京东燕郊 101601;华北科技学院，北京东燕郊 101601;国电建投内蒙古能源有限公司察哈素煤矿，内蒙古鄂尔多斯 017209【正文语种】中文【中图分类】TD75+2.20 引言察哈素煤矿位于鄂尔多斯东胜煤田新街矿区，井田南北走向长 13.83 km，东西倾斜宽12.02 km，面积157.95 km2。
煤自然发火规律及指标气体优选研究
煤自然发火规律及指标气体优选研究煤自然发火规律及指标气体优选研究煤自然发火除了受环境温度、煤水分及其它因素影响外，更主要是受氧气、一氧化碳、氮气及水蒸气浓度影响，因此研究不同类型、温度及煤水分的煤自然发火规律与其指标气体优选，对煤炭储量的资源的利用及煤的聚烃分子的结构特征有着重要的意义。
为了研究不同煤样品自然发火规律及指标气体优选，我们建立了一款燃烧的煤样品检测装置，该装置具有温室实验室，火焰检测传感器，气体传感器，氢、碳、氧仪器及水分分析仪，可用来保证实验数据准确可靠。
首先，将不同煤样进行温度和水分预处理，并将其放入到燃烧室中。
在实验前先做煤的发火时间测量，当发热室内火焰温度达到400摄氏度时，即可视为自然发火。
随后使用气体传感器及氢、碳、氧仪器等设备检测燃烧室中的CO、CO2、N2浓度等指标气体，同时使用水分仪测量燃烧前后各样品的紧度水分。
经过上述分析后，形成一系列数据，可以用来得出不同煤样必然发火的规律，以及不同温度、煤水分下煤样优选指标气体的比较和研究结果。
若可以研究出不同煤样、不同温度、不同煤水分下的煤自然发火规律及指标气体优选的规律性，有助于提高煤的质量，防止煤自燃等。
除此以外，该研究还可以为煤炭储量的资源的利用和煤的聚烃分子的结构特征的研究奠定基础，有着重要的实用意义。
基于上述有关煤自然发火规律及指标气体优选研究设想，本文将在此基础上进行实验研究，并按照实验安排，以更为详细的案例记述本实验过程，以针对性地研究出煤自然发火规律及指标气体优选规律，为全面研究煤自然发火提供可行性策略。
本文实验研究釉里，将试料进行温度预处理，把不同煤范围温度下（1100，1200，1300，1400，1500）的试料放入到燃烧室中，并采用试灼法检测煤的发火时间；同时使用气体传感器及氢、碳、氧仪器等设备检测燃烧室中的CO、CO2、N2浓度等指标气体，同时使用水分仪测量燃烧前后各样品的紧度水分，以便观察多个维度的影响，深入分析不同温度下煤的燃烧行为变化规律，优选出自然发火的指标气体及相关的温度等数据。
煤层自然发火期及自然发火标志性气体指标研究
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科技信息
煤层自 然发火期及自 然发火标志性气体指标研究
马炳辉 赵红 星 魏 玉 良 （ 山西 煤炭 运销 集 团有 限公 司 长治 有 限公 司一 通 三防 部 ， 山西 长治 ０ ４ ６ ０ ０ ０ ）
２ 自然发 火标 志性气体指标研究
煤炭 自 燃 的早期预报是矿井防火技术的重要组成部分 ． 预测 指标 的优选及其指标值的确定是预测准确与否的关键 为了确定适 合于唐 口矿煤矿 的 自 燃标 志性气体 ， 煤 炭科学总 院抚顺分 院受 唐 口煤业 委 托． 进行 了该矿煤炭 自燃标志性气体的试验
２ ． １ 测 试 目的
图 ２ 煤 氧 化 试 验 装 置 图
气体流量控制采用质量流量控制器 ． 流量范围为 １ ０ － ， ， ４ ０ ０ ０ ｍ Ｌ ／ ｍ ｉ ｎ 煤炭氧化和热解过程 中会产生一系列的气体 ． 气体 的成分和浓度 ． ４ 实验步骤 与煤温有较好的对应关系 ，因而可用作预报煤炭 自燃 的标 志性气体 。 ２ 此次 实验具体步骤 如下 ： 其中 Ｃ Ｏ和烷烃 、 烯烃等气体 ， 具有较好 的灵敏性和可测性 ． 是 最常用 １ ） 用 天平称 取煤样 ５ ０ ｇ 放人煤样罐 中， 加盖 ． 用螺丝拧 紧。 的标志气体 本试验将研究 唐 口矿煤矿标志气体的出现温度以及其浓 ２ ） 把煤样罐 放入 炉膛 内 ． 接 好供气 、 出气及其 温度探头 关上炉膛 度与温度的关系 ． 为煤炭 自燃 的早期预测预报打好基础 因此通过应 用煤 自然发火模 拟装置进行 在不 同氧 含量的空气 中进行 自然 发火规 门。 ３ ） 接好 实验 仪器各 电源开关 律 的模拟试验 ． 测试 和掌握煤 矿井下 自 然 发火 的相应 规律 ． 为 煤矿安 ４ ） 打开空气 钢瓶 ． 调 节减压 阀 ， 使其空气流量为 １ ０ ０ ｍ Ｌ ／ ｍ ｉ ｎ 。 全生产提供可信 的测试数据 ５ ） 按 试验装 置操 作步骤依次开启 试验装置 ２ － ２ 试 样 制 备 ６ ） 启 动测试 仪 ． 调至恒温 ３ ０ ℃运行约 ３ ０分钟。 此次实验煤样取 自新暴露煤壁 ， 并现场封装 ． 运至实验室 。 按一定 ７ ） 按 程序升温操 作步骤 ． 设 置好装置各参数 。 比例 ． 合理选 择一定量各试 点煤块在常 温下进行破 碎 ． 用分子 筛选取 ８ ） 待各参数稳定 ， 启 动程序升温 ， 开 始实验 ， 每隔 Ｉ Ｏ ￣ Ｃ 采集气 样 ， 其中４ Ｏ ～ ８ Ｏ目的煤样颗粒 ５ ０ ｇ ． 作为实验用煤样 分 析气 体成分 ２ ． ３ 实 验 装 置 ２ ． ５ 实验结 果 程序 控温 炉 研究表 明 ． 烯 烃和炔烃 以及 Ｃ Ｏ是 煤 自然发火过程 中碳 氧化反应 的产物 ． 这几 种气体组分在煤 吸附气体 中不存在 的（ 亦有 吸附气体 中 有Ｃ Ｏ的报道 ， 但极 为少见 ） ， 因此 ， 这几 种气体 组分也 是标志 煤炭 自 然氧化进程的特征气体组分 般来说 ． 煤 自燃吸 附气 体产物 生成规律 主要 表现为 ： 开始烷烃 气体有较 高解 吸浓度 ． 并 随着 煤温 的升高逐渐 降低 ． 到最低 点后又 随 温度的升高而增大 ． 但增大 的速率较小 这种变化规 律主要受煤 的物 理、 化学性质 ， 特别是煤 的表面性能所影 响。开始 时． 解析气体组分 主 要来 自 大孔赋 存和表面物理 吸附 的烷烃 ． 随着煤 体温度 的升高 ． 中孔 图 １ 煤 氧化试验 系统 和微孔 内吸附 的烷烃气体也相继解析 出来 从生成 量值 上看 ． 与煤 的 煤 的粒度 、 空 隙结 构特性 、 煤 岩煤化组 成极为相关 ， 不 同的 图１ 表示煤氧化试验验系统 的组成 图 ２为试验装置图 该 试验 变质程度 、 煤种有较大 的差异 由此可 以推断 ． 该矿煤样瓦斯 吸附量较低 ． 随着煤 系统 主要 由程序控温炉 、 煤 样罐 、 测温 元件 、 温 度测量 和控 制系统 、 气 温 的升高 ． 其吸附气体 的释放量 的变化不 明显 有下 表 １中数据可 以 体质量流量控制器 、 除湿和 降温装置 、 氧气分 析仪和计 算机 等构成。 看 出： 常温～ １ ０ ９ ￣ Ｃ 前， 烷烃气体 中 ｃ 、 ｃ 、 ｃ 烷烃 （ 即乙烷 、 丙烷和丁烷 ） 其 中， 程序控温炉其炉膛 为不锈钢 内胆 ． 外 加石棉保 温层 炉 中装 均检测不 到 ，甲烷释放量微乎其微 ，持续在 ２ ５ ｐ ｐ ｍ 以下 ．直到接 近 有 １ ２ ０ ０ Ｗ 的加热器 ， 其加热功 率 由计算机程 序控制 内装 １ ４ ０ ０ ｒ ／ ｍ ｉ ｎ ５ ４ ℃后才略有上升 的电扇 ， 以保证 炉中空 气温度 的均 匀。 炉 温保持在计算 机设 定的温度 ． １ 唐Ｅ ｌ 煤业 煤样 自 燃 氧化气体 总的生产规 律是随着煤 温的上升 而 控温精度为± ０ ． １ ℃。煤样罐采用铸铜结构 ． 密封材料 为聚四氟乙烯 ． 能 逐渐增大 ， 但不 同的氧化气体组分所表 现出来 的生成规律在量值 和生 耐３ ５ ０ ℃以上 的高温 ， 并在其 内部安装精 密铂 电阻感 温元 件
煤层自然发火指标气体的选择方法
煤层自然发火指标气体的选择方法
煤层自然发火指标气体的选择方法
一、煤层自然发火的特征概述：
1、煤层发火是一种常见的地质灾害，也是岩溶作用过程中的重要组成部分，是煤
矿安全生产的重要影响因素；
2、煤层自然发火有几种发火特征，如温度升高、膛内温度显著下降、膛内水渗变
小和有机质分解等，因而在钻井作业中常常以观测孔底水或空气中气体指标浓度变化等方法进行识别；
3、发火指标气体包括硫化氢、一氧化碳、甲烷等，可以由孔底气、孔底水和矿层
空气等多种采样媒介测产，研究表明，截至目前科学家可以确定的指标气体有几种；
二、煤层自然发火指标气体的选择：
1、硫化氢：硫化氢是煤层发火中最常用的发火指标气体之一，对煤层发火诊断具
有很重要意义；
2、一氧化碳：一氧化碳是煤层发火的重要指标气体，可以用于识别并定量分析发
火程度，一氧化碳浓度也是监测煤层发火时最为准确的参数；
3、甲烷：矿层中的甲烷气体也是发火潜能的重要指标之一，甲烷异常的出现可见
煤层的自燃潜能增加；
4、硝酸氢：硝酸氢是矿层及空气中唯一直接表明煤层发火程度的指标气体，它可
以定性分析煤层发火情况，也可以定量地给出诊断值；
5、氢气和氧气：氢气比作为一种重要的发火指标气体，可以作为煤层自然发火的
有效检测参数，它可以诊断煤层内温度、煤层发火潜能和燃烧情况；而氧气作为一种重要的后期发火指标气体，可以评估煤层发火的最终进展情况。
综上所述，煤层自然发火指标气体的选择要根据煤层发火情况的不同，选择相应的指标气体进行检测，以正确对待煤层发火的特征和趋势特征。
煤矿的安全生产将会更加安全可靠。
煤炭自然发火危险性评价指标
煤炭自然发火危险性评价指标
煤炭自然发火危险性评价是煤炭安全技术领域研究的主要内容。
煤炭自然发火危险性评价指标包括燃烧温度、煤炭引燃温度、发火速度以及易燃性等几个方面。
煤炭燃烧温度，是指煤炭在一定条件下，能够自行发生裂解，进行结构变化，释放出大量的热量，使温度达到可以点燃火药的阈值。
此外，煤炭引燃温度，也就是煤炭在加热到一定温度时会在表面发生火花四溅，并且临火药点产生爆炸。
发火速度也是煤炭自然发火伤害的重要参数，是指煤炭在燃烧时可能引发的火势的快慢程度。
高发火速度意味着热源加速攻击区域，易造成重大人员伤亡。
而易燃性则涉及煤炭结构、组成特征等多种因素，指煤炭在一定温度和气压条件下发生火花和燃烧的能力，是决定煤炭被发火的重要参数。
综上所述，煤炭自然发火危险性评价指标主要有燃烧温度、煤炭引燃温度、发火速度以及易燃性，是识别煤炭的发火特性和火情发展趋势、分析火灾产生的危险性，从而提出防范措施，实现煤炭安全使用的重要指标。
3#煤层自然发火标志气体及临界值确定
3#煤层自然发火标志气体及临界值确定王永敬【摘要】为做好综放工作面自然发火分级预警,以主采的3#煤层为研究对象,通过程序升温实验、现场测试及统计分析的方法,优选出煤层的自然发火标志气体和确定得到工作面采空区、回风隅角和回风流中CO指标临界值,并依此建立了工作面煤自然发火分级复合指标预警体系.结果表明:采空区、回风隅角和回风流中CO浓度临界值分别为242×10-6、59.6×10-6和20×10-6;各个区域建立绿(I级)、蓝(II 级)、橙(III级)和红(IV级)共4级预警响应.【期刊名称】《煤矿安全》【年(卷),期】2019(050)004【总页数】6页(P195-199,204)【关键词】综放工作面;自然发火;标志气体;临界值;预警体系【作者】王永敬【作者单位】煤炭科学研究总院,北京 100013;煤科集团沈阳研究院有限公司,辽宁沈阳 110016;煤矿安全技术国家重点实验室,辽宁抚顺 113122【正文语种】中文【中图分类】TD75+2.2煤自燃火灾是威胁煤矿安全生产的5大灾害之一[1-4]，全国近80%的开采煤层具有自燃倾向性，国有重点煤矿开采的厚煤层大部分都存在煤自然发火问题[5-6]。
每年因煤火引起的灾害事故超过4 000起，造成了重大人员伤亡和财产损失。
工作面采空区煤自燃已严重威胁着矿井安全生产。
为此《煤矿安全规程》第二百六十一条及其执行情况说明规定：“开采容易自燃和自燃煤层时，必须开展自然发火监测工作，建立自然发火监测系统，确定煤层自然发火标志气体及临界值，健全自然发火预测预报及管理制度。
”近年来，自然发火标志气体优选和临界值大多通过实验室实验利用气体分析法获得[7-10]。
而CO产生受煤层本身性质、采掘条件等因素影响，仅靠实验获得其临界值已不能准确指导现场实际生产。
新疆哈密某矿主采3#煤层，吸氧量为0.99 cm3/g，属于容易自燃煤层，存在低温易氧化等特点。
红柳林煤矿4-2煤层自然发火标志气体
红柳林煤矿4-2煤层自然发火标志气体陕煤集团神木红柳林矿业有限公司神木 719300摘要:为了提升红柳林煤矿防灭火技术管理，建立健全煤层自燃预测预报制度，预防矿井煤层自然发火事故发生，针对红柳林煤矿4-2煤层自然发火标志气体及临界值确定展开专项技术研究分析，以期对同类条件下的矿井防灭火工作提供一定的借鉴作用。
关键词：4-2煤；自然发火标志气体；临界值；确定及分析；1引言《煤矿安全规程》（2022 年版）第二百六十一条的执行说明：标志气体，是指由于自然发火而产生或因自然发火而变化的，能够在一定程度上表征自然发火状态和发展趋势的火灾气体，主要包括 CO、烷烃气体、烯烃气体和炔烃气体等[1]。
自然发火标志气体CO的指标临界值应当根据煤层自燃具体情况通过实验研究、现场测试和统计分析进行确定；《煤矿安全规程》第一百三十五条规定的风流中CO浓度限值不超过0.0024%是职业健康指标，不是自然发火临界值，因此通过确定指标气体在不同条件下的参数能够对煤层自然发火进行早期预测预报。
2 4-2煤层自然发火标志气体指标实验室分析煤在氧化过程时要产生多种气体，且各种气体产生的最低温度，以及气体生成量和煤温之间的关系因煤氧化难易程度不同而异，其中能用来预报煤炭自然发火程度的气体称为煤炭自然发火标志气体。
煤炭开采过程中通过测试优选适用的自然发火标志气体及其指标可为煤炭自燃火灾早期预报提供必要的前提条件，同时也使得在实际开采过程中的煤炭自燃防治工作更具有针对性。
2.1实验方法通过实验仪器对煤自然发火过程进行模拟，即一定量的煤在实验条件下进行程序升温，分析各温度段气体产物的种类、浓度及煤样温度变化特性，据此优选适用的自然发火标志气体及其指标。
2.2实验设备煤自然发火标志气体实验模拟系统所需装置主要有程序升温氧化实验装置、气相色谱仪组成。
程序升温氧化实验装主要由气体质量流量控制器、程序控温箱、预热气路、铜质煤样罐、温度控制系统、数据采集与处理系统等组成。
煤层自燃程度识别分级预警温度范围和气体指标临界值分析（文虎）
煤层自燃程度识别分级预警温度范围和气体指标临界值分析（文虎）煤层自燃程度识别分级预警温度范围和气体指标临界值分析自燃阶段温度范围℃预警名称等级气体指标和临界值临界阶段<30~40预警初值一级R0={O2>18%?CO>50ppm}?{O2?(15%,18%)?CO>100ppm}?{O2?(12 %,15%)?CO>150ppm}{O2<12%?CO>200ppm}氧化阶段>30~40灰色预警一级R1=R0?{100×ΔCO/O2>0.2~0.3}自热阶段>50~60蓝色预警二级R2=R0?{100×ΔCO/O2>0.4~0.5}临界阶段>70~80黄色预警三级R3=R0?{100×ΔCO/O2>0.6~0.8}热解阶段>90~110橙色预警四级R4=R3?{C2H4>0}裂变阶段>130~160红色预警五级R5=R4?{k=C2H4/C2H6max}燃烧阶段>210~350黑色预警六级R6=R5?{明烟、明火}1444预警名称等级气体指标和临界值采取措施预警初值一级R0={O2>18%?CO>50ppm}?{O2?(15%,18%)?CO>100ppm}?{O2 (12%,15%)?CO>150ppm}?{O2<12%?CO>200ppm}工作面采空区指标性气体正常，一氧化碳上升是由于采空区漏风稀释作用减弱所至，非采空区煤体氧化升温，工作面采取正常推采措施，月推进度不小于90m。
黄色预警一级R1=R0?{100×ΔCO/O2>0.2~0.3}采空区煤体处于低温氧化阶段，工作面采取正常推采措施，月推进度不小于90m。
橙色预警二级R2=R0?{1 00×ΔCO/O2>0.3~0.52}采空区煤体从低温氧化阶段发展至自热阶段，工作面正常推采，月推进度不小于90m，并采取采空区注氮气、上下隅角封堵防灭火措施。
煤矿矿井火灾防治考试复习资料
火风压：矿井发生火灾时，高温火灾气流流经的井巷内空气成分和温度生成了变化，重而导致空气减小产生的自然风压指标气体：用仪器分析和检测煤自然释放出的气体产物来预报火灾，能反映煤炭自然初期阶段特征的来作为自然发火期早期预报的气体。
自然发火期：是指有自燃倾向性的煤层自燃发火危险性的时间度来呈评价煤区自然发货性指标均压防火：就是通过通风方法降低漏风通道两侧的风压差减少漏风量从而达到防止和抑制煤自燃防灭火技术区域性反风：在多进多回的矿井中某一通风系统的进风大巷中发生火灾时调节一个或几个主通风机的反风设施实现矿井部分区域风流反向的反向方法自然发火:有自燃倾向性的煤区被开采破碎后在常温下与空气接触发生氧化产生热量是温度升高出现发火和冒烟现象火灾系数:风流经火源或自热源风流中的CO浓度增加量与Q2浓度减少量之比，作为自燃发火早期预报指标这一指标称火灾系数矿井火灾:指发生在煤矿井下或地面井口附近威胁到矿井安全生产造成损失的非控制燃烧燃烧反应的的三个特征是放热、发光，生成新物质。
燃烧必须同时满足的三个条件是燃料、助燃物和热源。
富氧燃烧的下风侧氧浓度一般体积浓度保持15%以上。
煤炭自燃的发展过程可分为_潜伏期、自热期和自然期三个阶段。
煤的自燃倾向性分为容易自然、自然和不易自然三类。
1992年《煤矿安全规程》执行说明规定煤的自燃倾向性鉴定均采用吸氧量法。
使用CO作指标气体时，可以使用CO的浓度和绝对生成量两种方式。
构成矿井火灾的三要素是生成有毒气体、引起井下风流混乱、引起瓦斯爆炸。
我国煤矿预防性灌浆的方法分为采前预灌、随采随灌、采后灌浆三种。
矿井防灭火常用的凝胶一般是水玻璃和碳酸氢铵水溶液的混合。
随采随灌分为埋管灌浆、打钻灌浆和工作面洒浆三种方式。
反风方式按范围可分为全矿井反风、区域性反风和局部反风_三种。
按照密闭墙存在的时间长短和作用，密闭墙可分为临时性仓闭、半永久性密闭和永久性密闭三种。
消灭矿井火灾的方法有直接灭火法、隔绝灭火法和综合灭火法三大类。
煤层自然发火标志气体色谱分析及指标优选方法AQT1019-2006
煤层自然发火标志气体色谱分析及指标优选方法 AQ T1019-2006ICS 13.100D 09备案号: 17333-2006 AQ中华人民共和国安全生产行业标准AQ/T 1019-2006煤层自然发火标志气体色谱分析及指标优选方法Then忧thod of 伊s chroma问~phy anaIysis and index optimizati侃 for m缸	><>039;k院附of spontaneous combustion of coal stratum2006-02-27 发布 2006-05-01 实施国家安全生产监督管理总局发布163AQ/T 1019-2006前言为规范煤层标志气体的优选、使用和分析，预防煤层自然发火事故，加强安全生产工作，根据有关法律法规和标准，特制定本标准。
164本标准由国家安全生产监督管理总局提出。
本标准由国家安全生产监督管理总局归口。
本标准起草单位 z煤炭科学研究总院抚顺分院.本标准主要起草人z杨宏民、罗海珠、梁运涛、牛广坷。
1 范围煤层自然发火标志气体色谱分析及指标优选方法AQ/T 1019-2006本标准规定了煤层自然发火标志气体种类、气相色谱分析技术条件和分析方法。
规定了煤层自然发火标志气体及指标优选方法。
本标准适用于煤层自然发火标志气体的气相色谱分析及预测预报指标的优选。
2 规范性引用文件下列文件中的条款通过本标准的引用而成为本标准的条款。
凡是注日期的引用文件，其随后所有的修改单(不包括勘误的内容)或修订版均不适用于本标准，然而，鼓励根据本标准达成协议的各方研究是否可使用这些文件的最新版本。
凡是不注日期的引用文件，其最新版本适用于本标准。
GB 482 煤层煤样的采集方法GB/T 5274 气体分析校准用混合气体的制备称量法MT 142 煤矿井下气体采样方法MT/T 757 煤矿自然发火束管监测系统通用技术条件3 术语和定义3.13.23.33.4本标准采用以下定义。
煤自然发火预测预报指标气体分析
Ｉ
加 热 系统
Ｉ
能反 映煤 自燃发 火 特征 的 指标 气体 ，对煤 自燃 发 火 发展 趋势 等作 出预报 的方 法 。
１ 实 验 系统
分 析煤 自燃 发火 的指 标 气体 采用 煤 升温 氧 化 实 验 ，该实 验是 测定 在煤 的氧化 过 程 中所放 出的
一
图 １ 实 验 系 统 结构 图
四部分 组成 。 数 据处 理 系统采 用 的是北 京 市东 西 电子技 术
０ 引 言
煤 炭 自燃 发 火 是 煤 矿 火灾 主要 的致 因之 一 ， 严重 地影 响着 煤 矿企业 的正 常生产 …。
研究 所 开发 的 Ａ ８ ０型色 谱数 据处 理工 作站 。 ４０
ｒ ～ … ～ ］
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 气 体分 析法 是 通过 分析 煤 自燃 发火 引。
过 程 中产 生 的 某 些 指 标 气 体 如 ： Ｏ、 Ｈ 、： Ｃ Ｃ ＣＨ 、 ＣＨ 等 的浓 度 、 ２ 比值 、 生 速率 等 特 征 参 数 ， 出 发 找
２ １ 年第 １ ０１ 期
ｄｉ ０３６ ￣ｉ ｎ１７ — ９ ３２ ＩＯ ２ ｏ： ．９ ９ ．ｓ ６ ２ ９ ４ ．０１．１ ６ １ ｓ ０
能 源 技 术 与 管 理
６ ７
燥 自然发 火 预 测 预 报 指 标 笺体 分 析
唐 锐 王福生 郭立稳 王玉玲 ， ， ，
（ 。冀 中能源股份有限公 司 邢东矿 ， １ 河北 邢 台 ０ ４ ０ ；． ５ ０ ０２河北理工 大学 资源与环境 学院， 河北 唐 山 ０３ ０ ； ６ ０９
煤层自然发火指标气体的选择方法
螺旋式斜坡道 的 路 线 呈 扁 平 椭 圆 螺 旋 线，椭 圆 两 端的路段为水 平 段 或 缓 坡 段，以 便 于 车 辆 拐 弯 换 向 行 驶，其余路段为倾斜的，用于改变路线高程。直线式斜 坡道路线为 倾 斜 直 线，无 弯 道。 折 返 式 斜 坡 道 由 直 线
5 指标气体分析
从表 1 中可以发现煤样在 30℃ 到 200℃ 温度范围 内的 氧 化 过 程 中 有 规 律 的 出 现 CO、CO2 、CH4 、C2 H6 、 C3 H8 和 C2 H4 气体，且生成量随温度的升高基本呈指数 上升趋势； 在 30℃ 到 200℃ 温度范围内该煤样没有生 成 C2 H2 气体。CO、CO2 和 CH4 在 30℃ 时即开始出现。
（ 2） 规律性： 指标气体的浓度变化与煤温之间有 较好的对应关系，且重复性好；
（ 3） 可测性： 普通色谱分析仪能检测到指标气体 的存在。
2 实验设备
指标气体实验系统图如图 1 所示，其主要由程序 控温箱、气体分析仪、铜质煤样罐、预热气路、温度控制 系统、气体质量流量控制器等组成。
3 实验过程
（ 1） 煤样选取 将测试煤样（ 以滕州市郭庄矿 3下 煤为例） ，经密 封储存送至实验室。采样前先剥去煤样表面氧化层， 然后对其进行破碎并筛分出 40 ～ 80 目的颗粒 50g 作 为实验煤样。 （ 2） 实验过程 将实验煤样置 于 铜 质 煤 样 罐 内，将 煤 样 罐 置 于 程 序控温箱内，然后连接好进气气路、出气气路和温度探 头（ 探头 置 于 煤 样 罐 的 几 何 中 心） ，检 查 气 路 的 气 密 性。测试时向煤样内通入 50mL / min 的干空气。在程
4 实验原始数据（ 表 1）
表 1 实验取得的气体成分及浓度（ 单位： ppm）
项目二 煤 炭 自 然 发 火
1、预报煤炭自燃发火的指标气体 指标气体：用仪器分析和检测煤自燃过程中释 放出的气体产物来预报火灾，能反映煤炭自热初级 阶段特征的、用来作为自然发火早期预报的气体。 指标气体必须具备的条件： 此种气体为煤炭氧化生成，而不是煤层中含有和解 析的物质 灵敏性 规律性 可测性 若正常时大气中含有微量的指标气体，则一定要确 定预报的临界指标。
2）增加散热强度，抑制升温速度 煤的升温速度取决于生热量与散热量之比，两者 比值小，则升温速度越慢；反之则升温速度越快。 增加散热途径和散热强度的方法有： 增加遗煤分散度 增加通风强度 增加煤体湿度
二、矿井自然发火等级的确定
《矿井防灭火规范》规定：凡开采自燃煤层的矿 井均属于自燃矿井（或称自然发火矿井）。自燃矿 井按自然发火的危险程度分为四级进行管理。 矿井的自燃危险等级划分如下：
3、三级自燃矿井。 凡符合下列条件之一者，定为三级自燃矿井： (1) 百万吨发火率超过1次； (2)煤层自然发火期小于3个月； (3)百万吨发火率超过0.5次、且自然发火期小于12 个月的下列矿井： ①高瓦斯矿井； ②突出矿井； ③开采厚及特厚煤层的矿井； ④开采急倾斜中厚煤层的矿井； ⑤煤层自然倾向性为Ⅲ级，煤尘爆炸指数在10％以 上的矿井。
2、预报煤炭自燃的参数指标 1）一氧化碳（CO） （1）CO浓度 优点：应用简单。 缺点：CO浓度受风量影响较大，所采用CO浓度 预报自然发火时，要求采样点的风量基本保持不变， 否则难以使用检测结果来判断。 （2）CO的绝对生成量 自然发火系数：CO的绝对生成量，用H表示。 当进风流中CO的含量为零时，只可用下式计算：
任务三 煤的自然发火期及煤层自燃 危险性划分
能进行自然发火的判定 熟悉煤层自然发火期的定义 会进行煤层自然发火期的估算 掌握延长煤层自然发火期的途径 熟悉矿井自然发火等级的确定
煤自然发火预测预报指标体系
表现出来 的生成规律在量值和生成顺序上有较大的差 别 ：６ ℃前 ， １０ 烷烃气体中 ｃ、 ｃ 烷烃（ ｃ、 即乙烷 、 丙烷 和丁烷 ） 均检测不到 ， 甲烷释放量不大 ， 持续最高在 ３ ｐ ０ｐｍ 左右 ， ０ ｏ后才开始逐渐增加 ，但增加幅度也不大 ， １ Ｃ ６ 至 ２ ０ ｃ时 ， 含量 在 １０ｐ ｍ 以下 。 乙烷 和 乙烯 出 ５ ｌ 其 Ｃ ０ ｐ 现 时的温度在 １０ ｏ左右 。Ｃ ： ６ Ｃ Ｏ 氧化释放量持续在 ５ ０ｐ ｍ左右 ， １０ ｏ左 右 ， 逐渐 增 加 ， ２０ ｏ ５ ｐ 至 ６ Ｃ 才 至 ５ Ｃ
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 。根据 实验数据 ， 对煤样 自然发 火标志气体进行 了
分析 与 优 选 ， 定 煤 自然发 火预 测 预报 的指 标 气体 ， 确 建立 了煤 自然 发 火 预测 预 报 指 标 体 系。 关键 词 ： 自然发 火 ； 测 预 报 ； 标 气体 预 指 中 图分 类 号 ： Ｔ ７ ２ Ｄ ５ 文 献标 识 码 ： Ａ 文 章 编 号 ： ２９ — ８ ２ （０ ２ ５ ０ ０ — ３ ０ ５ ０ ０ 一２ １） — ０ ５ ０ ０
Ｃｏ ｌＳ ｎｔ ｎ ｏ ｍ ｂ ｔｏ ｒ ｃ ｓｉ ｎｄ ｘ Ｓｙ ｔ ｍ ａ ｐｏ ａ ｅ ｕｓ Ｃｏ ｕｓｉ ｎ Ｆｏ ｅ ａ ｔｎｇ Ｉ ｅ ｓｅ
Ｌ ｉｇ ｂ ｌ ｎ — ｏ Ｊ
（ｕ ｎＶ ｃ ｔ ｎ ｌ ｎ ｅ ｈ ｉ ｌ ｏｌｇ ， ｈ ｎ ｚ ｉ ４ ２ ４ Ｓ ａ ｘ， ｈｎ ） Ｌ Ａ ｏ ａｉ ａ ａ ｄＴ ｃ ｎｃ ｌ ｅ Ｃ ａ ｇ ｈ ０ ６ ０ ， ｈ ｎ ｉＣ ｉａ ｏ ａＣ ｅ
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标志气体是可行的， 但就其现场应用来说 ， 还需考虑特 定 的环 境 和条 件 的影 响 ，特 别 是 大部 分 自然 发火 发 生 在采空区或煤柱中，火灾气体产物涌出的影响因素极 多 ，这 些使 我们 所监测 到 的 Ｃ Ｏ量 与煤 氧化 产生 的 Ｃ Ｏ 量之间没有明确的关系， 也可以说 ， 我们在现场监测到 的数值可能要比实际氧化产生的数值要低。 ３ 煤 自然发火 的 ＣＨ （ ． ２ 乙烯 ） ｃＨ （ 和 ， 丙烯 ） 志气 体 标 在煤的吸附气体 中，没有 ｃＨ 和 ｃＨ 气体组分 ， 因此可以认 为 ｃＨ 和 ｃＨ 仅是在煤氧化过程 中产生 ： ， 的 。ＣＨ 其 临界温 度 为 １７ ｏ 与 Ｃ ：４ ６ Ｃ， Ｏ气 体相 比 ， １ 有 个 明显 的 时间差 和温 度差 ，这 比单 用 Ｃ Ｏ又准 确 了一 步 。ＣＨ 出现 以后 ， 氧化进 人加 速氧 化 阶段 。ＣＨ 产 煤 ， 生 的临界 温度 为 ２ １ Ｃ， ５ ｏ 这与 ＣＨ 相 比又有 １ 明显 个 的温度 差 。 ＣＨ 产生 以后煤 样进 人激烈 氧化 阶段 ， 温 煤 迅速超 过 ３０ ｏ ０ Ｃ以上 。在矿井 自然 发火 预测 预报 工作 中， 密切 注意 和 观察 ＣＨ 和 ＣＨ 的 出现及 其浓 度 的 应 ， 变化 ， 对矿 井 防灭 火工 作具 有 十分重 大 的意义 。 ３３ 煤 自然发 火 的 ＣＨ （ ． 乙炔 ） 标志气 体 ｃＨ 气体在一般矿井 中都作为煤 自然发火的重要 的标志气体 ， 从华润煤业公司实验煤样分析结果来看 ， 在 整个 氧化 升 温 过 程 中煤 温 超 过 ４０ ｏ ，检 测 到 ０ Ｃ时 ｃＨ 气体 ， ： 浓度为 ２ ９ ｐｍ ２： ． ｐ 。ＣＨ 是煤的氧化进入燃 ５ 烧阶段的标志，因此 ，华润煤业公 司在现场应用过程 中， 一旦 出现 ＣＨ 气体 ， ： 采取措施时一定要谨慎 ， 避免 采取直接剥挖火源 的办法 ， 以免高温煤体引发瓦斯 、 煤 尘爆炸 事故 。 ３ 煤 自然 发火 的 ＣＩ ２ 志气 体 比率 （ ． ４ ２ Ｈ标 － ＷＣ 烯烷 比 ） ＣＨ ＣＨ 比率与煤温 Ｊ 之间的关系如图 ３ 所示 。 由图中 可以看出 ＣＨ ＣＨ 比 Ｊ ２ 率呈现抛物线的规律 ， ４ ８ｏ时 在 ２ Ｃ 产生峰值。由于 该指标只有 ＣＨ 出现后才能应用 ， ， 因此 使 用是应 虑 ＣＨ 临界温度以前的 自然 发火状态。 ｃＨ／。 ２４ Ｈ 比率可作为判断 ｃＨ 气体 出现后 ， ｃ ｃＨ 气体 出现前煤体 自燃发展进程 的一种预测预报指标 ， 具体地说 ， 就是预报煤温从 １７ ｏ到 ４０ ℃的温升状 ６ Ｃ ０ 况 。从另一 个角 度来说 ， 即是预 报煤 氧化从 加速 氧化 阶 段过 渡到 阴燃状 态进 而进 入到 明火燃 烧 阶段 。
自然发火标志性指标气体的研究与实践
自然发火标志性指标气体的研究与实践摘要：随着矿井机械化程度不断提高,采掘深度与开采强度不断增大,自然发火问题愈加突出；本文基于煤-氧复合导因理论，结合现场实践，确定煤层自然发火标志气体及临界值，进行准确预测和早期预报，以达到“防患于未然”的目的。
关键词：自然发火；指标气体；预测预报高庄煤业现开采3层煤，自燃倾向性鉴定为Ⅱ类，3上煤层自然发火期为56天，3下煤层自然发火期为61天。
1矿井概况高庄煤业位于山东省济宁市微山县付村镇境内，隶属于山东能源枣庄矿业集团有限公司。
矿井始建于1992年11月，1997年10月投产，设计生产能力90万吨/年，改扩建设计能力180万吨/年，2015年12月重新核定生产能力为300万吨/年。
矿井可采煤层为：3上、3下、12下、16煤层，煤层平均厚度：3上煤层4.81m，3下煤层3.51m，12下煤层0.74m，16煤层1.13m，现采3上和3下煤层。
矿井通风方式为中央并列式，主井、副井进风，风井回风。
风井装备2台FBCDZ№29/2×500型轴流通风机，一用一备，双回路供电，电动机功率为2×500KW，主通风机额定风量8100～15300m3/min，额定负压1450～3680Pa。
2指标气体的测定煤层自燃一般要经历三个时期：潜伏期、自热期、发火期，且各个时期都要发生物理、化学变化，消耗和产生一些气体，使附近区域的空气情况发生变化，如温度升高、O2减少、CO2增多，并出现CO及烷类、烯类、炔类气体。
指标气体测试结果如表1所示。
（1）随着煤低温氧化温度上升，氧浓度下降，耗氧量增加，释放出来的气体浓度（包括原生CO2和产生的CO2）均不断上升；（2）采集煤样原始煤层基本不含有瓦斯气体（不排除少量原生瓦斯气体在测试前已经解析释放到空气中），原生煤层中含有CO2气体；（3）在煤体温度达到70-80℃的时候，开始释放出CH4气体；（4）在煤体温度达到100-110℃的时候，开始释放出乙烯（C2H4）气体；（5）在煤体温度达到130-140℃的时候，开始释放出非常少量的乙烷（C2H6）和丙烷（C3H8）气体；（6）测试过程没有检测出乙炔（C2H2）气体。
煤层自然发火预测预报的指标气体
第２卷 第 １ ９ 期
２０ 年 ２月 ０７
河 北 理 工 学 院 学 报
Ｊ ｕ Ｉ ｌ ｆＨｅ ｅ ｎ ｔｔ ｔ ｆＴｅ ｈ ｏｏ ｙ ｏ ｒＩ ｂ ｉＩ ｓｉ ｅ ｏ ｃ ｎ ｌｇ ａｏ ｕ
Ｖ ｌ２ Ｎ０ １ ０＿ ９ ．
３ 实验结果分析
通过对实验数据的分析 ， 可知 ，Ｏ ＣＨ 、２ ６ Ｃ 、 Ｃ Ｉ 的浓度和 Ｃ Ｈ／ 。 ６ Ｉ ： ４ＣＨ 的比值随煤的升温氧化 出现了很强 的规律性 ， 以把这几种气体作为赵各庄矿进行 自然发火预测预报怕指标气体 为了分析方便 ， 可 把实验所得
・
关键词： 气体分析法； 自然发火； 指标 气体
摘 要： 煤层 自然发火的指标 气体是矿 井煤体氧化生热、 出现温度 变化 时可以稳定探测 的气 体。使 用指标气体可以早期探测到煤层然发火的发 生， 少不必要的经济损失。概括 了火灾 减
气体的特性 ， 介绍了指标气体测试的实验原理和 实验 系统， 并对典型煤样进行 了实验分析 ， 找 出 了适合本 矿 的 自然发 火预 测预 报 的指标 气体 。根 据 不 同阶段 出现 的不 同指 标 气体 ， 自然 对
其指标气体将会有所不同， 因此在采用气体分析或束管 系统进行检测 自然发火时应该进行 指标 气体实验。 为了准确应用气体分析探测 自然发火危险， 我们进行 了加热氧化实验寻找敏感指标气体。
１ 实验
２１ 实 验 系统 ．
本实验系统是由煤加热氧化升温系统 、 气体进样和分析系统 、 数据处理系统等部分组成 。该实验系统 的
实验条件如下 ：
氧化炉： 样品重量＿
２； ｇ
样品粒度－ － ８ － ６ － ０— Ｏ目； － － 升温速率——ｌｃ／ ｉ。 ５《 ｒ ｎ ＝ａ
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科技信息
煤层自然发火期及自然发火标志性气体指标研究
马炳辉 赵红星 魏玉良 （山西煤炭运销集团有限公司 长治有限公司一通三防部，山西 长治 046000）
【摘 要】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℃）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。
【关键词】
1 煤的自然发火期
煤的自然发火期就是煤体温度达到自然发火点的时间值，对于煤 的自然发火期的研究，一般都是通过实验的方法，间接模拟采空区或 煤体内部的环境条件，通过煤体在一定的外在条件的影响下，煤体达 到发火的时间统计。 针对唐口煤业自然发火期的研究，唐口煤业有限 公司委托抚顺分院对其自然发火期进行了实验。 实验的结论如下： 1．1 最短自然发火期： 通过煤样绝热氧化实验确定 3 上煤 样 的 最 短 发火期为 54 天。 1．2 自然发火期范围： 考虑煤矿井下现场环境影响及仪器在 测 定 过 程中添加系数、仪器常数的因素，自然发火期的范围为 54~118 天。
其中，程序控温炉其炉膛为不锈钢内胆，外加石棉保温层。 炉中装 有 1200W 的加热器，其加热功率由计算 机 程 序 控 制 。 内 装 1400r/min 的电扇，以保证炉中空气温度的均匀。 炉温保持在计算机设定的温度， 控温精度为±0.1℃。 煤样罐采用铸铜结构，密封材料为聚四氟乙烯，能 耐 350℃以上的高温，并在其内部安装精密铂电阻感温元件。
此次实验煤样取自新暴露煤壁，并现场封装，运至实验室。 按一定 比例，合理选择一定量各试点煤块在常温下进行破碎，用分子筛选取 其中 40~80 目的煤样颗粒 50g，作为实验用煤样。 2.3 实验装置
图 1 煤氧化试验系统
图 1 表示煤氧化试验验系统的组成。 图 2 为试验装置图。 该试验 系统主要由程序控温炉、煤样罐、测温元件、温度测量和控制系统、气 体质量流量控制器、除湿和降温装置、氧气分析仪和计算机等构成。
图 2 煤氧化试验装置图
气体流量控制采用质量流量控制器，流量范围为 10～4000mL/min。 2.4 实验步骤
此次实验具体步骤如下： 1）用天平称取煤样 50g 放入煤样罐中，加盖，用螺丝拧紧。 2）把煤样罐放入炉膛内，接好供气、出气及其温度探头。 关上炉膛 门。 3）接好实验仪器各电源开关。 4）打开空气钢瓶，调节减压阀，使其空气流量为 100mL/min。 5）按试验装置操作步骤依次开启试验装置。 6）启动测试仪，调至恒温 30℃运行约 30 分钟。 7）按程序升温操作步骤，设置好装置各参数。 8）待各参数稳定，启动程序升温，开 始 实 验 ，每 隔 10℃采 集 气 样 ， 分析气体成分。 2.5 实验结果 研究表明，烯烃和炔烃以及 CO 是煤自然发火过程中碳氧化 反 应 的产物，这几种气体组分在煤吸附气体中不存在的（亦有吸附气体中 有 CO 的 报 道 ，但 极 为 少 见 ），因 此 ，这 几 种 气 体 组 分 也 是 标 志 煤 炭 自 然氧化进程的特征气体组分。 一般来说，煤自燃吸附气体产物生成规律主要表现为：开始烷烃 气体有较高解吸浓度，并随着煤温的升高逐渐降低，到最低点后又随 温度的升高而增大，但增大的速率较小。 这种变化规律主要受煤的物 理、化学性质，特别是煤的表面性能所影响。 开始时，解析气体组分主 要来自大孔赋存和表面物理吸附的烷烃，随着煤体温度的升高，中孔 和微孔内吸附的烷烃气体也相继解析出来。 从生成量值上看，与煤的 变质程度、煤的粒度、空隙结构特性、煤岩煤化组成极为相关，不同的 煤种有较大的差异。 由此可以推断，该矿煤样瓦斯吸附量较低，随着煤 温的升高，其吸附气体的释放量的变化不明显。 有下表 1 中数据可以 看出：常温~109℃前，烷烃气体中 C2、C3、C4 烷烃（即乙烷、丙烷和丁烷） 均检测不到， 甲烷释放量微乎其微， 持 续 在 25ppm 以 下 ， 直 到 接 近 154℃后 才 略 有 上 升 。 唐口煤业煤样自燃氧化气体总的生产规律是随着煤温的上升而 逐渐增大，但不同的氧化气体组分所表现出来的生成规律在量值和生
2 自然发火标志性气体指标研究
煤炭自燃的早期预报是矿井防火技术的重要组成部分，预测指标 的优选及其指标值的确定是预测准确与否的关键。为了确定适合于唐 口矿煤矿的自燃标志性气体， 煤炭科学总院抚顺分院受唐口煤业委 托，进行了该矿煤炭自燃标志性气体的试验。 2.1 测试目的
煤炭氧化和热解过程中会产生一系列的气体，气体的成分和浓度 与煤温有较好的对应关系， 因而可用作预报煤炭自燃的标志性气体。 其中 CO 和烷烃、烯烃等气体，具有较好的灵敏性和可测性，是最常用 的标志气体。本试验将研究唐口矿煤矿标志气体的出现温度以及其浓 度与温度的关系，为煤炭自燃的早期预测预报打好基础。 因此通过应 用煤自然发火模拟装置进行在不同氧含量的空气中进行自然发火规 律的模拟试验，测试和掌握煤矿井下自然发火的相备