平朔礦區9#煤程序升溫氧化過程中指標氣體變化規律研究

黃顯華

(中國礦業大學管理學院,江蘇省徐州市,221116)

★煤礦安全 ★

平朔礦區9#煤程序升溫氧化過程中指標氣體變化規律研究

黃顯華

(中國礦業大學管理學院,江蘇省徐州市,221116)

通過對平朔9#煤煤樣程序升溫氧化實驗,得出了煤升溫氧化過程中H2、CO、CO2、CH4、C2H4、C2H6和C3H8等氣體濃度隨溫度變化的規律,以及指標氣體的相關性結果,結果表明:H2與CO具有較強的相關性,可作用為指標氣體預測煤層自燃。

煤自燃 程序升溫 指標氣體 預測預報

AbstractTemperature rising and oxidation experiments on 9#coal samples taken from Pingshuo coal mine area produce the pattern of gas concentration related with the changing temperatures and the relevancies among the index gases such as H2,CO,CO2,CH4,C2H4,C2H6and C3H8,etc.It is also indicated by the experiments that the relevancies between H2and CO are strong.They can thus be used as index gases in coal seam spontaneous combustion.

Key wordscoal spontaneous combustion,programmed temperature increase,index gas, prediction and forecast

1 前言

煤自燃過程是一個復雜的煤氧復合反應過程,是煤與氧氣發生氧化反應產生熱量并積聚導致的最終結果。煤層自燃火災防治的關鍵是煤層自燃的早期預測預報和火源位置的精確探測。目前,對于煤自燃的早期預測預報普遍采用指標氣體分析法,本文通過對平朔礦區9#煤的程序升溫氧化實驗,分析升溫氧化過程中產生的氣體成分和濃度隨溫度的變化規律,為煤自燃早期預報提供科學依據。

2 實驗裝置

程序升溫氧化實驗是指將采集的煤樣粉碎到一定的粒度,裝入程序升溫氧化爐進行升溫氧化的實驗。程序升溫氧化實驗系統一般包括氧化升溫實驗裝置、溫度檢測及控溫裝置、供氧系統、氣樣采集分析系統4部分。

(1)氧化升溫實驗裝置。氧化升溫裝置由反應器、加熱爐和保溫外殼3部分組成。

(2)煤溫檢測和控制裝置。

圖1 實驗裝置系統構成圖

煤溫由埋在煤樣中的一個熱電偶測定;煤樣溫度的控制由埋在加熱爐反應器壁的控溫熱電偶與溫控器完成,取樣溫度由人工按預定要求設定,煤溫達到預定的溫度恒溫5 min后取樣。

(3)氣樣分析系統。氣體分析采用上海海欣色譜儀器有限公司生產的 GC-950M測定。該儀器可分析CO、CO2、CH4、H2、O2,以及C1-C3的烴類氣體。

(4)供氣系統。由高壓空氣鋼瓶,穩壓閥,流量計和管路組成。

實驗裝置系統構成如圖1所示。

3 實驗過程

(1)煤樣選取。煤樣采自平朔礦區9#煤,煤種為長焰煤,煤層自燃傾向性等級為Ⅰ級,煤樣工業分析測試結果如表1所示。

按煤層煤樣采取方法 (GB482-1995)采樣,然后對其進行破碎并篩分出40～80目的顆粒50 g作為實驗煤樣。

(2)實驗過程。將50 g粒度為40～80目的煤樣置于氧化升溫裝置的反應器中,然后連接好進氣氣路、出氣氣路和溫度探頭,檢查氣路的氣密性。測試時向煤樣內通入80 ml/min的干空氣。啟動程序控溫儀對煤樣進行加熱,當達到預定溫度時,恒溫5 min后采取氣樣進行氣體成分和濃度分析,并記錄相應數據。

4 實驗結果及分析

(1)實驗原始數據,見表2。

(2)氣體隨溫度變化圖。對9#煤樣氣體進行分析可得其變化如圖2所示。

圖2 9#煤樣CO、CO2、CH4、C2H6、C2H4、C3H8變化趨勢圖

表1 工業分析測試結果

表2 9#煤樣指標氣體原始數據表

(3)結論。①平朔礦區9#煤在程序升溫氧化過程有規律地出現CO和C2H4兩種氣體,且隨煤溫升高呈指數增加趨勢。CO在低溫階段生成量較小,在60～70℃時溫升率迅速增加,C2H4在100℃時出現。因此,這兩種氣體可作為平朔礦區9#煤早期預報的指標氣體。②試驗表明:H2在煤溫達到150℃時出現,生成量隨著溫度的升高逐漸增加,且其溫升率與CO在該溫度下的溫升率有較強的相關性,表明H2可作為一種靈敏的指標氣體預報煤層自燃。③平朔礦區預報煤自燃過程中應注意其指標氣體的適用性、及時性、可靠性。必須根據礦井的實際情況,通過對各煤種煤樣做大量氣體分析試驗,來選擇適合本礦的指標氣體,并確定其臨界值。

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(責任編輯 梁子榮)

On the index gas change pattern during programmed temperature rising and oxidation process for Pingshuo coal mine area’s 9#coal

Huang Xianhua

(School of Management,China University of Mining and Technology,Xuzhou,Jiangsu province 221116,China)

TD752.2

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黃顯華 (1973-),男,安徽安慶人,中國礦業大學管理學院研究生,主要從事煤礦安全技術研究、管理工作,現任山西省朔州市市長助理。