煤自燃傾向性色譜吸氧法測試實踐

盧廣銀

摘 要：煤為什么會自燃？煤炭科研工作者提出了很多學說，其中煤氧化合作用學說是我國比較認同的學說之一，該學說認為煤吸附氧氣后發生氧化是煤自燃的主要原因。雙氣路流動色譜儀能夠測定煤的吸氧量的多少，從而判斷煤的自燃傾向性。通過對宏達煤礦21021采煤工作面煤炭吸氧特性參數的研究，得出21021采煤工作面煤層自燃傾向性，然后宏達煤礦結合實際采取相應的措施對煤炭自燃現象進行控制。

關鍵詞：煤炭自燃吸氧量 雙氣路流動色譜法 煤炭自燃傾向性 測定

中圖分類號：TD75 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2017）01（b）-0073-02

宏達煤礦為鄭煤集團公司兼并重組礦井之一，該礦21021回采工作面因長期停采，從而引起煤炭自燃。煤炭為什么會自燃，煤礦科研工作者作了大量的研究和探索，提出了煤炭自燃的各種學說，并研究制定了煤炭自燃傾向性是劃分煤炭自燃發火危險性等級的指標參數，用以判斷煤炭自燃發火危險性，指導生產實踐。筆者結合宏達煤礦情況來探討煤層自燃發火危險性，以便采取相應措施，控制煤層自燃。

1 煤炭自燃機理

煤為什么會自燃？許多學者對此做了不懈地努力和探索，提出了各種各樣的煤炭自燃機理學說，例如：黃鐵礦作用學說、細菌作用學說等，目前，煤礦科研工作者大多數認同煤氧化合作用學說，該學說認為煤在常溫下吸收空氣中的氧氣，并與氧氣發生物理、化學反應，在物理、化學變化過程中釋放出熱量和初級氧化產物，這個過程也稱低溫氧化作用。如果儲存煤炭或煤層散熱不良，熱量聚積，導致煤層溫度上升，當達到煤的燃點后，就會導致煤層自燃發火。

煤吸附氧氣后會發生氧化反應，發生物理和化學變化。物理變化主要有煤炭吸收氧氣、脫附氣體、水分蒸發，煤體升溫、結構松散等；化學變化主要有煤與氧氣發生化學反應，生成多種氣體，并伴隨著吸收熱量和放出熱量過程。煤炭吸收氧氣量越多，即消耗的氧氣量越多，產生的熱量越多，煤炭自燃發火的危險性越大，故用煤炭吸氧量的多少來表示煤炭自燃傾向性的大小，煤炭自燃傾向性的大小分為Ⅲ級，Ⅰ級為易自燃煤層，Ⅱ級為自燃煤層，Ⅲ級為不易自燃煤層。煤的自燃傾向性分級用來區分和衡量不同煤層發生的危險程度，也是對礦井煤層自燃發火采取不同的針對性措施進行有效管理的主要依據。

煤在常溫常壓下吸收氧氣量的多少，符合Langmuir方程吸附規律，我國煤科總院撫順分院研究出了以雙氣路流動色譜儀測定煤吸收氧氣量的多少，從而判斷煤自燃傾向性大小的方法。雙氣路流動色譜儀測定方法是我國煤炭行業鑒定煤自燃傾向性的標準，該方法簡單、實用、可靠，所以宏達煤礦采用雙氣路流動色譜法鑒定煤自燃傾向性。

2 宏達煤礦煤炭自燃傾向性測定方法

2.1 樣品采集

根據《GB482-2008煤層煤樣采取方法》，宏達煤礦采樣時，在回采工作面煤壁首先剝去煤層表面風化層，進行平整，然后在平整過的煤層表面上取樣，取樣時由頂至底劃四條垂直頂、底極的直線，直線之間的距離取0.20 m，刻槽探度取0.05 m。在采樣點的底板上鋪好一塊布，使刻槽落下的煤樣都能落在鋪布上，然后將所采取的煤樣分別裝入煤樣袋內，密封好。每個煤樣袋貼上標簽，帶至地面實驗室進行測定。

2.2 樣品準備

將井下采取的煤樣，按照《GB474-2008煤樣的制備方法》進行粉碎，煤樣粉碎后應符合：（1）粒徑<0.15 mm；（2）粒徑為0.10～0.15 mm的比例大于70%；（3）測量前對煤樣進行脫水處理。

2.3 樣品測試

世界各主要采煤國家對煤層自燃傾向性的鑒定方法和界定指標都做了明確規定。我國現行的煤自燃傾向性鑒定方法是采用雙氣路流動色譜法鑒定煤自燃傾向性，故宏達煤礦采用雙氣路流動色譜法測定煤在低溫條件下吸附氧的能力，進而判斷煤的自燃傾向性。我們在測定樣品煤時，讓氧氣連續不斷地進入待測煤樣的樣品管，當氧氣遇到煤樣時，一部分氧氣被煤樣吸收，然后測定吸收氧氣量的多少。煤樣吸收氧氣量的多少與煤的結構、溫度、壓力等有關，測定煤樣在恒定溫度和壓力下吸收氧氣量，恒定溫度是指常溫30 ℃條件，恒定壓力是指常壓1.0133×105 Pa條件。

2.4 吸附量計算

在樣品測試中，根據推導出的Langmuir吸附方程計算出吸收氧氣量。計算公式如下：

式中：為吸氧量，cm3/g；K為儀器常數；RC1為實管載氣流量，cm3/min；

RC2為空罐載氣流量，cm3/min；a1為實管時氧氣的分壓與大氣壓之比；a2為空管時氧氣的分壓與大氣壓之比；S1為實管脫附峰面積，；S2為空管脫附峰面積，；G為煤樣重量，g；為煤的真比重；為樣品管（標準態），cm3；WQ為煤樣全水份，%；校正因子K1=5Vdb/，標準樣品的吸氧量（干煤），cm3/g；為標準樣品第i次測定的吸氧量，cm3/g。

3 煤自燃傾向性測試結果

根據《煤自燃傾向性色譜吸氧鑒定法》，以每克干煤吸收氧氣量的多少作為主要指標，以工業分析等參數作為參考指標，確定煤的自燃傾向性。煤的自燃傾向性等級劃分為三類，如表1、表2所示。

宏達煤礦所采取煤樣按照雙氣路流動色譜法進行測定，其吸收氧氣量如表3所示。

將宏達煤礦測定結果與煤自燃傾向性等級分類標準進行比較，確定宏達礦21021工作面自燃傾向性等級為Ⅲ級，屬于不易自燃煤層。

4 結語

通過用流動色譜吸氧法測定宏達煤對流態氧的吸附能力，確定宏達煤礦21021工作面煤層自燃等級為III級，是不易自燃煤層。此方法簡單、快速、可行。測試結果與生產過程中發生的自燃現象有很好的符合性，這得益于礦井通過科學測量并認真分析，為礦井有針對性地采取措施提供了科學依據，對有類似情況的礦井有一定的借鑒價值。

參考文獻

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