杨涧煤矿90101面煤层自燃特性与三带测试分析报告

1、涧煤矿 90101 工作面煤层自燃特性及三带测试分析山西中煤涧煤业有限公司中国矿业大学二 O一二年七月目录1 绪论.11.1课题研究背景及意义 .11.2研究容 .22 90101 工作面煤样工业分析及真相对密度测定 .32.1工业分析 .32.1.1测试设备 .32.1.2水分测定 .32.1.3灰分测定 .32.1.4挥发分测定 .42.1.5固定碳计算 .42.1.6测试结果 .42.2真相对密度测试 .52.2.1依据标准 .52.2.2仪器设备 .52.2.3测定步骤 .52.2.4结果计算 .62.2.5测试结果 .73 90101 工作面煤样自燃倾向性测试 .93.1煤自燃倾向性

2、色谱吸氧鉴定法 .93.1.1依据标准 .93.1.2测试仪器及主要性能参数 .93.1.3测试过程及吸氧量计算 .93.1.4煤自燃倾向性分类 .103.1.5实验数据及结果 .103.2煤自燃倾向性的氧化动力学测定方法.113.2.1依据标准 .113.2.2测试原理 .113.2.3测试仪器 .113.2.4测试过程 .123.2.5煤自燃倾向性判定指数的计算.123.2.6煤自燃倾向性分类指标 .133.2.7实验数据及结果 .133.3自燃倾向性测试结果 .154 90101 工作面煤层自然发火指标气体 .154.1实验设备 .154.2实验过程 .164.2.1煤样选取 .164.

3、2.2实验过程 .164.3. 测试数据 .16实验原始数据16、 CO2气体产生规律18烷烯烃气体产生规律194.4. 煤层自然发火标志气体分析与优选19标志性气体优选原则20煤层自然发火标志气体分析204.5 结论225 90101 工作面自燃危险区域测试分析235.1 采空区煤自燃“三带”的现场观测23测试装备与技术方案23观测数据与分析265.2 采空区自燃“三带”的CFD模拟30采空区氧气运移分布的理论基础30综放面氧气浓度场的CFD模型32模拟结果与分析33工作面配风量对自燃带分布的影响346 全文总结371 绪论1.1课题研究背景及意义煤炭自燃是矿井的主要灾害之一， 我国国有煤矿

4、每年因自燃火灾而封闭的工作面超过 100 个，封在火区的工作面装置达数千万元。 近年来，随着我国特厚煤层综采放顶煤技术的试验和推广， 煤炭的产量和效益大幅度提高， 但由于综采放顶煤技术一次性开采强度大， 端头支架处顶煤放出率低 ( 有的不放 ) ，冒落高度大、采空区遗留残煤多、 漏风严重，加之机电设备功率大、 散热多引起采空区温度增高等因素，使得自然发火频繁， 严重制约了综采放顶煤高产高效技术的发展。 一些以往认为不自燃的矿井， 也频繁出现煤层自燃火灾， 严重威胁着矿井的安全生产，导致大量的煤炭因火区而冻结； 同时，因煤炭自燃而产生的有毒有害气体和引起的瓦斯、 粉尘爆炸严重危及井下人员的生命安

5、全。 然而，煤炭自燃都经历一个发生、发展的过程。 如果能准确得掌握煤炭自燃特性及其规律， 在煤炭自燃的初始缓慢聚热阶段对其进行有效控制和处理， 势必起到事半功倍的效果， 一旦错过这段控制火势的良好时机， 火区将会快速发展， 火区处理条件和难度迅速恶化与增加。中煤涧煤业位于朔州市区东北部， 与平鲁区接壤。 该矿所开采的矿井储量丰富，煤层厚、赋存浅，地质构造简单，易开采。煤种属气肥煤，是比较理想的动力用煤。煤层距地面垂直深度 70-90 米，4 号、9 号、11 号煤层为批准可采煤层。 90101 工作面为涧煤矿 9 号煤层的首采工作面，其工作面走向长度 1060m，面长200m，煤层平均厚度约

6、11.2m，煤层平均倾角 4°左右。工作面采用综采放顶煤工艺回采，回采过程中采空区遗留浮煤相对较多；同时， 90101 工作面上部为 4 号采空区， 9 煤与 4 煤层间距约 40m，90101 采空区来压后势必与 4 煤采空区沟通使得工作面漏风复杂； 加之开采初期作业人员与设备存在一定的磨合期， 磨合期间工作面回采速度相当较慢。这些都增加了 90101 工作面煤层自燃的危险性。临近矿井开采 9 号煤时已不同程度的出现过自然发火的征兆。 90101 工作面一旦发生自燃势必影响到整个矿井的安全生产。 因此，开展对 90101 工作面煤层自燃特性及其预防技术的研究， 实现工作面的安全回采

7、， 指导涧煤矿的防灭火工作具有重要的意义。1.2研究容本课题的研究容主要包括以下几个方面：（1）测试 90101 工作面煤样水分、灰分、挥发份、固定碳及发热量和真相对密度。（2）分析 90101 工作面煤层自燃倾向性，测试分析 90101 工作面煤层温升过程中的气体产物及其随温度的变化规律，得出煤层自然发火指标预警指标。（3）测试 90101 工作面回采过程中采空区的气体成分、浓度并分析其随回采进程推进的变化规律， 确定正常回采情况下的采空区自燃危险区域； 计算模拟不同配风量下采空区 “自燃危险区域” 的分布围与变化规律； 得出自燃危险区域随风量的变化规律；2 90101 工作面煤样工业分析及

8、真相对密度测定2.1工业分析测试煤样取至涧煤矿90101 工作面和顺槽处。煤的工业分析主要对煤中的水分、灰分和挥发分进行测定，并根据水分，灰分和挥发分对固定碳，发热量和氢含量进行计算。测试设备本测试利用三德实业生产的SDTGA5000型工业分析仪进行煤样的工业分析。 设备如图 2-1所示：水分测定称取一定量的空气干燥煤样，置于105110干燥箱中， 在干燥氮气流中干燥到质量恒图 2-1测试设备定。然后根据煤样的质量损失计算出水分的百分含量。计算公式如下：M adm1m100式中： Mad - m1 - m -空气干燥煤样的水分含量，煤样干燥后失去的质量，g；煤样的质量， g。%；灰分测定称取一

9、定量的空气干燥煤样， 放入马弗炉中（或者相当于马弗炉功能的炉膛中），以一定的速度加热到 815±10，灰化并灼烧到质量恒定。以残留物的质量占煤样质量的百分数作为灰分产率。计算公式如下：m1Aad100m式中： Aad -空气干燥煤样的灰分产率，%；m1-残留物的质量，g；m -煤样的质量，g。挥发分测定称取一定量的空气干燥煤样，放在带盖的瓷坩埚中，在900±10温度下，隔绝空气加热 7min。以减少的质量占煤样质量的百分数，减去该煤样的水分含量（ M ad ）作为挥发产率。计算公式如下：Vadm1 100 M adm式中， V空气干燥煤样的挥发分产率，；ad -%m1-煤样

10、加热后减少的质量， g ；m -煤样的质量， g；Mad空气干燥煤样的水分含量，。%固定碳计算固定碳按如下公式计算：FCad 100 M ad Aad Vad式中： FC ad-空气干燥煤样的固定碳含量，；%M ad -空气干燥煤样的水分含量， %；A空气干燥煤样的灰分产率，；ad -%Vad -空气干燥煤样的挥发分产率，。%测试结果根据上述测试方法对所取煤样进行测试，得出测试煤样的工业分析结果如表2-1 所示。表 2-1工业分析测试结果煤样名M ad (%)Vad (%)Aad (%)FCad (%)Qad , MJ / kgH ad (%)90101 工作(%)(%)3.2931.1420

11、.7344.8426.234.48面901013.6131.6823.7041.0124.894.34顺槽2.2 真相对密度测试物质所有的宏观的物理性质在一定程度上都与密度有关。 物质密度的大小取决于分子结构和分子排列的紧密度， 因而与分子空间结构有关。 而分子之间的相互作用是分子间距离的函数， 直接影响着物质的物理性质和物理化学性质。 因此，密度是性质与结构的重要参数。 煤的真相对密度是指煤的密度 （不包括煤中空隙的体积）与参考物质的密度在规定条件下之比。 本测试方法通过浸润剂使煤样在密度瓶中润湿沉降并排除吸附的气体， 根据煤样排出的同体积的水的质量算出煤的真相对密度。依据标准GB/T217

12、-2008煤的真相对密度测定方法仪器设备1）分析天平：感量0.0001 g 。2）水浴。3）恒温器：控温围1035，控温精度± 0.5 。4）密度瓶：带磨口毛细管塞，容量50ml，如图 2-2 所示。5）刻度移液管：容量10mL。6）水银温度计： 050，最小分度 0.2 。图 2-2 密度瓶示意图测定步骤1）准确称取粒度小于0.2mm空气干燥煤样 2g( 称准到 0.0002g) ，通过无颈小漏斗全部移入密度瓶中。2）用移液管向密度瓶中注入浸润剂 3ml，并将瓶颈上附着的煤粒冲入瓶中，轻轻转动密度瓶，放置 5min 使煤样浸透，然后沿瓶壁加入约 25ml 蒸馏水。3）将密度瓶移到沸

13、水浴中加热20min，以排除吸附的气体。4）取出密度瓶，加入新煮过的蒸馏水至水面低于瓶口约1cm处并冷至室温然后于 20±0.5 的恒温器中 ( 根据室温情况可适当凋整恒温器温度) 保持1h( 也可在室温下放置3 h 以上，最好过夜 ) ，记下室温温度。5） 用吸管沿瓶颈滴加新煮沸过的并冷却到20( 或室温 ) 的蒸馏水至瓶口，盖上瓶塞，使过剩的水从瓶塞上的毛细管溢出（这时瓶口和毛细管不得有气泡存在，否则应重新加水、盖塞） 。6）迅速擦干密度瓶，立即称出密度瓶加煤、浸润剂和水的质量m1。7）空白值的测定 : 按上述方法，但不加煤样，不在沸水浴中加热，测出密度瓶加浸润剂、水的质量m2（

14、在恒温条件下，应该每月测空白值一次；在室温条件下，应同时测定空白值） 。同一密度瓶重复测定的差值不得超过0.0015g 。结果计算1）恒温下真相对密度按照以下计算式计算：TRD 2020mdm2md m1式中： TRD2020 干燥煤的真相对密度；干燥煤样质量， g；密度瓶加浸润剂和水的质量，g；密度瓶加煤样、浸润剂和水的质量，g；干燥煤样质量按照下式计算：100M admdm×100式中： m空气干燥煤样的质量，g；空气干燥煤样水分，按GB 212规定测定，2）室温下真相对密度按下式计算：TRD2020mdm2md m1式中： 温度校正系数， Kt=dt/d20, Kt由表 2 查

15、出；dt 水在 t 时的真相对密度；水在 20时的真相对密度。表 2-2 校正系数 Kt温度校正系数，温度校正系数，温度校正系数，温度校正系数，/ K/ K/ K/ Ktttt61.00174141.00100220.99956300.9974371.00170151.00090230.99953310.9971381.00165161.00074240.99909320.9968291.00158171.00057250.99883330.99649101.00150181.00039260.99857340.99616111.00140191.00020270.99831350.99582

16、121.00129201.00000280.99803131.00117210.99979290.99773测试结果按照以上实验要求对煤样真相对密度进行测试，结果如表2-3 所示：表 2-3煤样真相对密度煤样名真相对密度90101 工作面1.5390101 顺槽1.563 90101 工作面煤样自燃倾向性测试煤炭自燃倾向性是划分煤炭自然发火危险性等级的指标参数。它不仅是煤炭矿井恰当地设计采煤方法， 选择采区规模， 合理设计矿井通风和风压条件的重要依据之一，也是采取适当措施存贮和长途运输煤炭的重要依据。目前我国煤炭自燃倾向性的测试方法有色谱吸氧法和氧化动力学测试方法两种。3.1煤自燃倾向性色谱吸

17、氧鉴定法依据标准GB/T20104-2006煤自燃倾向性色谱吸氧鉴定法测试仪器及主要性能参数ZRJ一 1 型煤自燃性测定仪（如图3-1 所示），性能参数如下：测量方法：双气路流动色谱吸氧法；测量围：吸氧量 0.05 4.00ml/g ；测量误差：5；载气： 氮气（纯度99.95 ）；吸 附 气： 氧气（纯度99.95 ）；基线飘移：0.6mv/h ；灵 敏 度： h>10mV/ml(氧气峰高，氮气载气 ) ；供电电源： 220V 10%，（500.5 ）Hz，功率500W。图 3-1 ZRJ-1 型流态色谱吸氧仪器测试过程及吸氧量计算实验按照煤自燃倾向性色谱吸氧鉴定法GB/T 20104

18、-2006 规定进行。吸氧量计算公式为：Vd KR C1 (S1 (a1 R C1S2(1G)1a2 R C2dTRD VS(1 WQ )G式中： Vd 吸氧量， cm3；K 仪器常数；RC1 为实管载气流量， cm3min；RC 2 为空罐载气流量，cm3 min；a1 实管时氧气的分压与大气压之比； aSS2 空管脱附峰面积， mVs；G 煤样重量， g；dTRD 煤的真比重；VS 样品管（标准态） ，cm3；W Q 煤样全水份，。煤自燃倾向性分类测定结果以 1g 干煤在常温 (30 ) 、常压（ 101325 Pa）下的吸附氧量作为分类的主要指标，并综合考虑煤种及含硫量等因素来对煤的自燃

19、倾向性进行分类，分类指标见表 3-1 、表 3-2 。表 3-1煤样干燥无灰基挥发分Vdaf>18%时自燃倾向性分类自燃倾向性等级自燃倾向性煤的吸氧量 Vd， cm3 g干煤I 类容易自燃Vd 0.70II 类自燃0.40 V 0.70dIII 类不易自燃Vd 0.40表 3-2煤样干燥无灰基挥发分Vdaf 18%时自燃倾向性分类自燃倾向性等级自燃倾向性煤的吸氧量 Vd， cm3g干煤全硫I 类容易自燃Vd1.002.00II 类自 燃Vd 1.00III 类不易自燃 2.00实验数据及结果按照上述实验过程得到测试煤样1g 干煤在常温 (30 ) 、常压（ 101325 Pa）下的吸氧量

20、和含硫量如表3-3所示：表 3-3煤的物理吸氧量及含硫量煤样名吸氧量（cm3/g）含硫量（%）90101工作面0.432.0890101 顺槽0.352.20根据实验数据结合煤自燃倾向性等级分类标准可得所测煤样的自燃倾向性如表 3-4 所示：表 3-4煤样自燃倾向性鉴定结果煤样名自燃等级90101 工作面II类自燃90101 顺槽II类自燃3.2煤自燃倾向性的氧化动力学测定方法依据标准AQT1068-2008 煤自燃倾向性的氧化动力学测定方法测试原理煤自燃倾向性的氧化动力学测定法是以煤从低温氧化到自燃的动态发展全过程为研究对象， 以热自燃理论和自由基链式反应理论为基础，以多参数综合测试方法为手

21、段的煤自燃倾向性鉴定方法。通过测试相同实验条件下煤样达70时煤样罐出气口的氧气浓度来判定该煤样在低温阶段的氧化特性，通过测试交叉点温度的大小可以反映出煤在加速氧化阶段的在氧化自燃特性，继而得到煤自燃倾向性的判定指数，根据该指数对煤自燃倾向性的分类作出鉴定。测试仪器煤自燃倾向性的氧化动力学测试系统由干空气瓶、气体预热铜管、煤样罐、控温箱、气体采集及分析系统和数据采集系统等部分组成，其系统图如图3-2所示，实物图如图3-3 所示。71561619-+51241731013214112089118201- 干空气瓶； 2- 减压阀； 3- 稳压阀； 4- 稳流阀； 5- 压力表； 6- 气阻； 7-

22、 流量传感器； 8- 隔热层； 9- 控温箱； 10- 气体预热铜管； 11- 进气管； 12- 出气管； 13- 煤样罐； 14- 铂电阻温度传感器； 15-风扇； 16- 加热器； 17- 控制器及显示键盘； 18- 数据采集系统； 19- 气相色谱仪； 20- 计算机图 3-2煤自燃倾向性氧化动力学测试系统图图 3-3 装置实物图测试过程按煤自燃倾向性的氧化动力学测定方法AQ/T 1068-2008 规定进行实验。煤自燃倾向性判定指数的计算将测定的 CO 2 和 Tcpt 按式 (1) 和 (2) 求得无量纲量 I co和 I T，并代入式 (3)得到2cpt煤自燃倾向性判定指数 I ：

23、I COCO215.5（ 1）100215.5I TcptTcpt140（ 2）100140ICO2 I CO 2Tcpt ITcpt300（ 3）式中：I co2 煤样温度达到 70 时煤样罐出气口氧气浓度指数，无量纲； CO 2 煤样温度达到 70 时煤样罐出气口的氧气浓度， %； 15.5 煤样罐出气口氧气浓度的计算因子， %；ITcpt 煤在程序升温条件下交叉点温度指数，无量纲；Tcpt煤在程序升温条件下的交叉点温度，；140 交叉点温度的计算因子，；I 煤自燃倾向性判定指数，无量纲；放大因子， =40；CO2Tcpt低温氧化阶段的权数，加速氧化阶段的权数，CO2Tcpt=0.6 ；=

24、0.4 ；300 修正因子。煤自燃倾向性分类指标根据计算得到的煤自燃倾向性判定指数I ，按表 3-5 中的分类指标对煤自燃倾向性进行分类。表 3-5煤自燃倾向性分类指标自燃倾向性分类判定指数 I容易自燃I 600自燃600 I 1200不易自燃I 1200实验数据及结果在上述实验过程中对所取煤样氧化70时煤样罐出气口的氧气浓度和交叉点温度分析如下：（1）70 时煤样罐出气口的氧气浓度涧 90101 工作面和顺槽处煤样氧化70时煤样罐出气口的氧气浓度分别为19.99 和 20.08 。（2）交叉点温度煤样程序升温条件下温度变化过程如图3-4 所示。图 3-5煤样交叉点温度图（3）鉴定结果根据实验

25、所得涧 90101 工作面和顺槽处测试煤样氧化70时煤样罐出气口的氧气浓度和交叉点温度，得到煤自燃倾向性结果如表3-6所示。表 3-6 煤炭自燃倾向性的氧化动力学方法鉴定结果煤样70时煤样罐出气口的程序升温条件下的交煤自燃倾向性判自燃倾向名称氧气浓度， %叉点温度，定指数 I性90101 工作19.57155.9512类容面易自燃90101 面顺20.03159619类自槽断层燃3.3 自燃倾向性测试结果结合涧煤矿90101 工作面和顺槽处测试煤样色谱吸氧法和氧化动力学测试方法测试结果可得： 90101 工作面煤层为类容易自燃煤层。4 90101 工作面煤层自然发火指标气体在煤在氧化过程时要产

26、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燃标志性气体。 煤矿安全规程 2010 版第二百四十一条规定开采容易自燃和自燃的煤层时必须确定煤层自然发火的标志气体。煤炭开采过程过测试优选适合的指标气体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。4.1实验设备煤自然发火气体产物模拟试验装置示意图如图4-1 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。图 4-2 、图 4-3 为本实验系统的主

27、要实物图。程序控温箱控制气体分键盘析仪测及显煤温样元示面板罐件质量流量控制器空气图 4-1指标气体实验系统图图 4-2温度控制箱图 4-3指标气体分析仪4.2 实验过程煤样选取测试煤样选取涧 90101 工作面和顺槽处， 经密封储存邮运至实验室。 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4080 目的颗粒 50g 作为实验煤样。实验过程将 50g 粒度为 40 80 目的煤样置于铜质煤样罐， 将煤样罐置于程序控温箱，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。当煤温达到 30时向煤样通入 50ml/min 的干空气，并将测试炉调整至 0.

28、8 /mi n 程序升温，在反应初期每 10分析一次气体成分和浓度，加速氧化阶段每 12min 分析一次气体成分和浓度。4.3. 测试数据在上述实验条件下得到测试煤样气体产物随煤温的变化实验数据见表4-1和表 4-2 。4.3.1.实验原始数据表 4-190101工作面煤样指标气体实验数据( 单位： 10-6 )温度/ COCO2CH4C2H4C2H6C3H8C2H2301.5292.261.990.000.000.000.00401.87109.551.840.000.000.000.00501.95140.342.080.000.000.000.00602.00141.672.060.00

29、0.000.000.00708.65369.572.240.000.000.000.008020.08162.572.560.000.590.000.0090154.04543.993.280.000.690.000.00100349.94802.494.160.181.740.000.00111620.981127.847.170.443.050.000.001241056.821698.4112.671.005.532.550.001371970.092657.5124.962.1511.814.610.001493413.863916.5745.405.4621.5312.670.001

30、594986.215767.6570.7810.5432.6425.790.001708225.758627.42102.8120.7845.9640.160.0018110203.029541.05132.9233.5751.3353.170.0019413244.5811553.75158.5648.6958.7759.480.00表 4-290101 顺槽处煤样指标气体实验数据( 单位： 10-6 )温度/ COCO2CH4C2H4C2H6C3H8C2H2303.27595.462.190.000.000.000.00403.47638.962.140.000.000.000.00501

31、2.77585.992.400.000.000.000.006025.45714.512.310.000.000.000.007043.28854.252.320.000.000.000.008085.821159.332.600.000.000.000.0090275.411463.743.370.001.050.000.00100377.571910.984.290.001.730.000.00110806.102637.866.220.372.700.000.001231914.974632.3512.041.176.260.000.001362851.166136.0023.422.4

32、613.294.660.001493967.657896.1240.815.0323.397.890.001607918.0914102.573.2013.3342.8325.060.00017312163.721793.5118.7731.0663.5649.040.003718926614.638692.7170.3261.1876.0176.200.0091、CO2气体产生规律CO和 CO2是煤氧化过程中出现最早的两个气体产物， 并且贯穿于整个氧化过程中。对上煤层煤实验过程中 30200之间 CO、CO2的产生量进行作图，得到其浓度随温度变化如图 4-4 和图 4-5 所示。图 4-4

33、90101工作面煤样CO、 CO2 随温度变化趋势图 4-5 90101顺槽煤样CO、 CO2 随温度变化趋势由图可见两煤样 30到 200氧化围 CO、CO2气体浓度与煤温之间表现为递增的变化关系，其含量随煤温的升高基本呈指数上升趋势； CO2在 30时即开始出现，初始含量较多；但 CO初期生成量较少，煤温达到 8090之间其生成量迅速增加。烷烯烃气体产生规律煤氧化过程中烷烯烃气体组份有CH4、C2H6、C3H8 和 C2H4 ，总体变化趋势如图4-6 和图 4-7 所示。煤氧化过程中烷烯烃气体组份有CH4、C2H6 、C2H4 和 C3H8，总体变化趋势如图12 和图 13所示。图 12

34、90101 工作面煤样 CH4、C2H6、 C2H4、 C3H8 随温度变化趋势图 13 90101 顺槽煤样 CH4、C2H6、 C2H4、 C3H8 随温度变化趋势从图中我们可以发现测试煤样在30200温度围随着煤温的升高有规律的出现 CH4、 C2 H6、C3H8 和 C2H4 气体，生成量随煤温的升高变化不同，且各种气体的初始出现温度即临界温度亦不同。CH4 在 30时即开始出现，产生量随温度的升高而逐渐增加； C2H6 在 80 90左右出现； C2H4 在 100 110左右开始出现；工作面断层处煤样C3H8 在 124 136左右开始出现。 C2H6、C3H8 和 C2H4 初始

35、浓度不大但随温度的升高浓度逐渐增加；C2H2 在 30 200没有出现。4.4. 煤层自然发火标志气体分析与优选标志性气体优选原则煤自然发火的标志气体就是指煤氧化升温过程中释放出来的与矿井大气成分有区别并足以能够用来判断自然发火征兆的气体或其比值等参数。在自然发火预测预报中，根据各标志气体的变化规律及其之间的比值等来推断煤自然发火所处的状态和发展趋势。因此，煤层自燃指标气体的优选必须具备以下条件：1）灵敏性：煤矿井下一旦有煤炭处于自燃或自燃状态，且煤温超过一定值时，则该气体一定出现，其生成量随煤温升高稳定增加；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

36、通色谱分析仪能检测到指标气体的存在。煤层自然发火标志气体分析煤自燃气体产物是指煤层在井下环境条件下由于其自燃而释放出来的气体其中包括两部分：一部分由于煤自身氧化产生的气体产物，叫煤自燃氧化气体；另一部分是成煤过程中吸附的气体， 由于煤体温度升高而解吸出来的， 叫煤自燃吸附气体。根据以上测试结果可知，在 30200之间测试煤样氧化过程中所分解出来的气体产物有 CO、CO2、CH4、C2H6、 C3 H8 和 C2H4。现有研究表明，烯烃、炔烃以及 CO是煤自然发火过程中碳氧化反应的产物，这几种气体组份在煤吸附气体中不存在的（亦有吸附气体中有 CO的报导，但极为少见）。因此，这几种气体组份是标志煤

37、自燃氧化进程的特征气体组份。 在一般情况下， 煤自燃吸附气体主要成份是 CH4和 CO2，余下的是存量很少的烷烃气体组份即 C2H6、 C3 H8，这些烷烃气体组份依据其碳原子数的序列性 （也即其沸点由低到高的序列） 随着煤温度的升高而逐一解吸出来；在煤的吸附气体中 CH4 和 CO2 不作煤自燃氧化进程的特征气体组份，而 C2H6、C3H8 则需要根据析出的初始温度和之后的变化规律来确定是否能够作为煤自燃的标志性气体。测试煤样 CO在 30即开始出现其产生量随着煤温的升高而上升， 200之前这种变化基本符合指数递增关系。 CO的出现表明煤样已经开始氧化， CO浓度越来越高则表明煤样氧化越来越

38、剧烈，煤层自燃发火危险性越高。因此，CO 可以作为预测预报煤自然发火的标志气体之一。 同时也提醒我们在实际生产过程中应用 CO标志气体应该分两部分考察（ 1）现场气体检测中是否存在 CO？如果存在 CO则表明煤样开始氧化 （2）出现 CO后其浓度变化趋势如何？如果 CO浓度持续增长则表明煤氧化程度加剧，如果 CO浓度变化比较平稳这说明低温氧化得到一定程度的控制，如果 CO浓度持续下降则表明自燃灾害得到有效控制。但我们也可以发现在煤自然发火过程中， CO检测温度围极宽，从 30一直到进入激烈氧化阶段都就能检测到 CO，这就使得这一指标的预报围过大，不利于精确判定其温度参数。通过以上分析可知， CO 作为预测预报煤自然发火的标志气体是可行的，但对煤自燃具体氧化温度段的预测还要结合其他气体联合分析在煤的吸附气体中， C2H4 不属于吸附气体组份是在煤氧化过程中的产物。测试煤样中 C2H4 的产生与煤温之间的变化关系比较明确，随着煤温的上升而增加，呈单一递增的关系，其产生的临界温度集中在100110之间。 C2H4 的出现表明煤的氧化已进入加速氧化阶段，它的出现是煤自热氧化进入加速阶段的标志。C2H4 与 CO气体相比，有一个明显的时间差和温度差， 这比单用 CO又准确了一步。如果现场检测到 C2H4，则表明此时的煤温已经超过其临界温度值。因