张双楼煤矿煤炭氧化自燃实验与分析

1、 专业技术文件 / Technical documentation 编号： 张双楼煤矿煤炭氧化自燃实验与分析Through the process agreement to achieve a unified action policy for different people, so as to coordinate action, reduce blindness, and make the work orderly.编制：_日期：_张双楼煤矿煤炭氧化自燃实验与分析温馨提示：该文件为本公司员工进行生产和各项管理工作共同的技术依据，通过对具体的工作环节进行规范、约束，以确保生产、管理活动的正

2、常、有序、优质进行。本文档可根据实际情况进行修改和使用。 李莉,张人伟,裴晓东,王亮(中国矿业大学能源与安全工程学院,江苏徐州221008)摘要:为了找出张双楼煤矿预测预报煤层自燃的可靠指标,通过对该矿烟煤的升温氧化试验,全面地分析了烟煤氧化的气体成分变化规律,得出烟煤氧化存在五级氧化过程。张双楼煤矿预测预报煤炭自燃应采用以CO为主、C2H6和C2H4为辅的标准气体指标。关键词:氧化速率;五级氧化;标志性气体中图分类号:TD75+2.2文献标识码:A文章编号:1003-496X(2021)02-0008-03Experiment and Analysis on Coal Spontaneous

3、 Combustion in Zhangshuanglou Coal MineLI Li,ZHANG Ren-wei,PEI Xiao-dong,WANG Liang(College of Energy Sources and safety,CUMT, Xuzhou221008,China)Abstract:Through the experiment of the temperature raising oxidize testing to the bituminous coal of Zhangshuanglou coal mine, thisarticle completely anal

4、yzed the changing laws of the composition of the gas, and gives the five oxidizing process in the oxidation of bi-tuminous coal ,and propose some reliable index which predicts the coals spontaneous combustion in Zhangshuanglou coal mine. Theconclusion is that the Zhangshuanglou coal mines spontaneou

5、s combustion prediction gas marker should adopt the as the main andandas the assistant.Key words:oxidize speed;five gas oxidizing;gas marker张双楼矿区位于距徐州市区北约7.5 km,新井设计生产能力为120万t/a。矿井开拓方式为立井3个水平上山开拓,水平标高分别为-540 m,-670m,-800 m。井田 内有两个可采煤层,自上而下为7#、9#煤层。矿井工作面采用走向长壁采煤法。张双楼煤矿各煤层均属中等变质的烟煤,并由上到下煤质变质程度逐渐增大,硫含量

6、也有所增加。该矿为低瓦斯矿井,煤层有自然发火性,发火期为1218个月。1煤层氧化自燃模拟实验系统1.1煤层氧化自燃模拟实验装置该装置主要由程序控温炉、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(见图1)。其中,程序控温炉的炉膛为不锈钢内胆,外加石棉保温层。炉中装有1 200 W的加热器,其加热功率由计算机程序控制。内装1 400 r/min的电扇,以保证炉膛内温度均匀。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,其内部安装精密铂电阻感温元件。图1煤氧化实验装置气体流量控制采

7、用质量流量控制器,流量范围为104 000 mL/min。1.2煤层氧化自燃模拟实验方法(1)试样制备。在新暴露煤壁采集煤样,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4060目的煤样颗粒约400 g,作为实验用煤样,破碎用时1.5 h。(2)实验方法。利用2000型煤炭自燃特性测试仪,在35与70时定风量和变风量条件下,对煤样进行煤炭氧化自燃模拟研究及升温(30180)条件下的煤炭氧化自燃模拟研究;在实验基础之上分析了煤炭自燃的变化规律及原因,并利用下面的公式计算CO气体生成量:Vco=LairCcoG式中VcoCO气体生成量,mL/(mi

8、nkg);Lair空气流量,mL/min;CcoCO气体浓度,10-6;G煤样质量,kg。2烟煤氧化自燃实验与 分析实验条件采用最易于煤炭氧化自燃的通气量:50 mL/min,相当于风速0.1 m/min;升温范围为30180(最后达到烟煤氧化自燃着火点或CO释放量急剧增加点),升温速率1/min,实验煤样粒度4060目,质量45 g,煤炭氧化自燃升温实验测定结果如表1、图2所示。从表1与图2可以看出,张双楼煤矿烟煤氧化存在以下规律:图2CO浓度随温度变化曲线(1)烟煤在30的常温下,煤样即可释放出CO气体。(2)在60以下时,CO的放出量上升速率较小;到70时CO放出量与常温30相比增加5.

9、1倍,说明氧化速度开始加强;70100与常温30相比,CO放出量增加19.9倍;100120时,氧化速度开始平稳向上增加;到130170,氧化速度急剧增加;达到180时,煤样进入燃烧阶段,CO放出量达到正常氧化的1 783倍以上。超过180时,CO放出量开始减少。(3)由表1、图2分析可知:烟煤在初始升温时氧化缓慢平稳,CO释放量较小,其浓度为2.310-6左右。 在3070的升温过程中,即煤炭氧化自热前期,氧化速度开始加快,CO浓度也随之缓慢增加,由2.310-6增至1410-6,随温度上升的速率为0.29310-6/。温度超过70即煤炭氧化进入自热后期,氧化速度较前期明显加快,CO释放量出

10、现一个突变,至100、CO释放量增至4810-6,随温度上升速率增大为1.1310-6/,形成煤炭氧化自热后期的第一级氧化加速过程。在100120升温过程中,氧化速度又有明显加快。CO浓度的释放量增至15010-6,随温度上升速率为5.110-6/,这是煤炭氧化自热后期的第二级氧化加速过程。在120140升温过程中,氧化速度进一步加快,CO释放量增至37210-6,随温度上升速率达11.110-6/,形成煤炭氧化自热后期的第三级氧化加速过程。至160时,氧化速度达到一个高峰,CO释放量达到95010-6,随温度上升速率增大为28.910-6/,这是煤炭氧化自热后期的第四级氧化加速过程。在160

11、180的升温过程中,氧化速度达到峰值,CO释放量达到4 10010-6,随温度上升速率增大为157.510-6/,这一阶段称为煤炭氧化自热后期的第五级加速阶段。综上可知,烟煤在自热后期存在五级氧化过程,氧化各阶段的参数如表2所示。(4)根据煤样升温氧化的CO曲线与氧化过程分析可知:烟煤在3070的氧化自热前期,处于初级氧化阶段;说明煤的外在水分影响较为明显,此阶段的氧化速率上升较缓。当温度达到70100时,煤的外在水分挥发,出现氧化速度加剧,CO释放量急剧增加,氧化速率迅速上升;这一时期是煤炭自燃预测预报与防治的主要时期。 当温度达到100120,CO放出量进一步增加,煤的内在水分挥发,因此出

12、现煤的新一轮氧化加速。当温度达到140160时,煤样氧化速度急剧增加,说明煤样着火点较低,结晶水的解析对氧化的影响产生了效果。温度达180后,煤样进入燃烧阶段,氧化速率减缓。(5)烟煤氧化的烷烃类气体分析。张双楼煤矿烟煤氧化的烷烃类气体实测结果图3所示。分析如下:烟煤在180达到着火点,此时只有C2H4与C2H6两种气体释放。C2H4气体在温度为130时开始释放,量较少,仅为0.5510-6,达150迅速增加。C2H6气体在120时开始析出,量较少,仅为0.2910-6,达140迅速增加。3结论根据张双楼煤矿烟煤在实验室的氧化自燃实验结果,结合现场实际分析,可得出以下结论:张双楼煤矿烟煤存在五级氧化过程,该煤矿预测预报煤炭自燃应采用以CO为主、C2H6和C2H4为辅的标准气体指标。(1)在常温30条件下,煤炭即可释放出CO气体。(2)在综采放顶煤条件下,采空区风速为 0.1m/min左右时,煤炭氧化较强烈,易于自燃。(