高濕度條件下新安煤礦3煤層自然發火規律研究

李付海

摘 要：為了掌握新安煤礦高濕度易自燃煤層自然發火規律，防止工作面推進過程中發生采空區遺煤自燃，對新安煤礦3402工作面煤自燃特性基礎參數及自然發火指標氣體進行了研究。研究表明：空氣相對濕度對煤自燃有著顯著的影響。空氣相對濕度越高，煤低溫氧化階段反應強度越強，煤自燃危險性越大；同時確定了CO與C2H4作為煤自燃早期預測預報的指標氣體。

關鍵詞：空氣濕度；采空區；自燃“三帶”；氧濃度

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.10.077

1 引言

煤礦生產最嚴重的災害之一就是采空區的遺煤自燃，每年導致的直接損失和間接損失達百億元。如果對煤自燃治理不及時，很容易導致煤由低溫氧化階段發展到自然發火階段，甚至會發生瓦斯爆炸事故，從而造成重大的人員傷亡和經濟損失。

新安煤礦3煤層為主采煤層，大部分工作面都采用綜采放頂煤開采技術，采空區遺煤量較大，采空區漏風嚴重，導致采空區發生煤自燃發火的危險性較較大[1-3]。此外，3煤層開采深度距地表較深，煤層溫度長時間處于30℃以上的高溫環境中，礦井空氣相對濕度較大。礦井空氣濕度對煤自燃有著顯著的影響[4-5]，目前國內外的學者主要針對空氣濕度對煤自燃放熱量的影響進行研究，而對煤自燃的特性缺乏相關研究。因此，本文研究高濕度條件下3煤層的自然發火規律，不僅可以為煤礦現場采空區遺煤自燃的治理提供指導理論，對煤礦現場的防滅火也具有重要的現實意義。

2 煤自燃指標氣體的研究及分析

采用程序升溫的方法進行指標氣體檢測是比較常用的測試方法。通過研究高濕度條件下煤自燃指標氣體的產生規律，可以為高濕度礦井煤自燃的預測預報提供指導依據。試驗煤樣取自棗莊礦業集團新安煤礦3402回風隅角，由于新安煤礦3402工作面長期處于35℃的高溫環境下，空氣相對濕度達到90%以上，所取煤樣具有代表性。通過采集、密封運至實驗室，試驗前，先剝去其表面的氧化層，然后對其進行破碎，篩分80目粒徑煤樣500g，以50g為一組備用。試驗時，將試驗煤樣分別通入干空氣（相對濕度RH為0%）和相對濕度為30%、60%、100%的空氣，研究不同濕度條件下新安煤礦煤的交叉點溫度、耗氧量和指標氣體產生結果及規律。

對新安煤礦3402工作面煤樣測試，得到不同濕度條件下CO、C2H4產生量與溫度的關系如圖1，圖2所示。

由圖1，圖2可以得出以下結論：

（1）新安煤礦煤氧化過程中，CO氣體濃度隨氧化溫度升高而增大，在高濕度條件下，溫度達到30℃就能產生CO；在煤低溫氧化階段，空氣相對濕度越大，CO產生量越大；CO濃度存在突變臨界溫度90℃，溫度超過90℃后，CO濃度急劇增加。

（2）不同空氣濕度條件下對C2H4的產生影響較大，在空氣相對濕度100%條件下，80℃就出現。在煤低溫氧化階段，空氣相對濕度越大，C2H4產生量越大。

總體來看，新安煤礦煤樣在低溫氧化過程產生量較大的指標氣體，隨溫度上升濃度的增加速率也比較大；可以用CO、C2H4指標氣體的出現對煤體達到的氧化溫度進行定性判斷。

3 結論

在空氣相對濕度為100%的條件下，環境溫度達到30℃就能產生CO；C2H4在80℃就會出現。在煤低溫氧化階段，礦井相對濕度越大，CO產生量越大；CO存在突變臨界溫度90℃，超過90℃后，CO產生量迅速增大。

參考文獻：

[1]何啟林，王德明.綜放面采空區遺煤自然發火過程動態數值模擬[J].中國礦業大學學報，2004，33（01）：11-14.

[2]徐精彩，文虎.綜放面采空區遺煤自燃危險區域判定方法的研究[J].中國科學技術大學學報，2002，32（06）：672-677.

[3]李宗翔.采空區遺煤自燃過程及其規律的數值模擬研究[J].中國安全科學學報，2005，15（06）：15-19.

[4]肖旸，李青蔚，魯軍輝.空氣相對濕度對煤自燃特性的影響研究[J].中國安全科學學報，2015，25（03）：34-40.

[5]Stott J B. Influence of moisture on the spontaneous heating of coal[J].Nature，1960，188（4744）：54-54.