王台矿15号煤层煤自燃氧化特性实验研究

王台矿15号煤层煤自燃氧化特性实验研究

0煤自然东北部预报的应用自燃火灾是矿山的主要灾害之一，严重影响了矿山的正常生产。预测和报告煤炭自然喷发的初始方法是气体分析。采用气体分析法预测和预测煤炭自然喷发。首先，我们必须找到反映煤炭自然发育特征的指标气体。从广西自燃机可以看出，加热过程中会释放co、co、烷烃、烯烃、环合物和其他气体。这为人们利用这些特殊气体预测煤炭自燃的发展过程提供了现实基础。通过实验，我们可以选择合适的气体，并根据这些气体的体积和生成时间确定是否有天然气提取物和自发燃烧的发展阶段和严重程度。1预测天然气自杀的选择依据苯乙烯1.1煤温和标准溶液气体浓度的关系在煤氧化自燃过程中生成的并能用来预报煤炭自然发火的气体称之为指标气体.煤在热解过程中会产生多种气体,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质不同而异.因此,通过实验优选适合的指标气体为煤炭自燃火灾早期预报提供了必要的前提条件.1.2煤温演化的特性选择适当的指标气体是应用气体分析法进行煤自燃早期预报的前提,而适当的指标气体一般认为应具备以下几个基本特征:(1)灵敏性.当煤发生自热且煤温升高到一定程度时,该气体一定会出现,并随着煤温的升高其生成速率稳定增加.(2)规律性.在一定区域范围内的各煤样在热解时,出现该气体的最低温度基本相同,其生成速率的变化与煤温之间有较好的对应关系且重复性较好.(3)可测性.现有检测仪器能够检知并满足检测要求.除以上3个基本特征外,作为指标气体还应该具备煤吸附率低和风流中原始含量低的特点.煤吸附率低是为了保证不会因指标气体在流动过程中被煤大量吸附而影响检测;风流中的原始含量低是除煤自热外没有其它原因使风流含有所要采用的指标气体,以免对预测结果产生干扰.2煤体蒸发分的性质煤自燃是一个非常复杂的物理、化学变化过程,是多变的自加速的放热过程,该过程主要是煤氧复合氧化.其中,物理变化含有气体的吸附、脱附、水分的蒸发与凝结、热传导、煤体的升温、结构的松散等;化学变化包含有煤表面分子中各种活性结构与氧发生化学吸附和化学反应,生成各种含氧基团及产生多种气体,同时伴随着热效应.由于化学反应,煤的大分子内部交联键发生重新分布,从而使煤的物理、化学性质发生变化,并进一步影响煤氧复合进程.本实验利用升温氧化系统,在程序升温箱中,对煤样进行加热升温,在不同温度情况下,测试煤样产生CO、CO2等气体的量和自燃特性.2.1火炬气实验系统组成指标气体实验系统由升温氧化和气相色谱两大部分组成,整个指标气体实验系统组成如图1所示.系统主要由程序控温箱、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构成.2.2实验煤的破碎和煤种的活性重质低效实验实验用煤是王台铺煤矿15号煤层2304工作面煤样.煤样选取后,直接运至实验室.采样前先剥去煤样表面氧化层,然后对其进行破碎并且筛分出5mm目的颗粒600g作为实验煤样.对煤样进行工业分析测试,结果如表1所示.按照煤自燃倾向性测定要求对所取煤样进行吸氧量实验,得出在30℃时15号煤吸氧量为0.74cm3·g-1,结合煤自燃倾向性等级分类标准,15号煤具有自燃倾向性属自燃煤层.升温氧化实验用煤及实验参数设置基本情况见表2.2.3煤样的气密性检测将实验煤样放在程序升温箱中进行升温及降温实验,实验时,将100g粒度为5mm的煤样置于铜质煤样罐内,将煤样罐置于程序控温箱内,然后连接好进气气路、出气气路和温度探头,检查气路的气密性.测试时向煤样内通入50mL/min的干空气.在程序控温箱控制下对煤样进行加热,当达到指定测试温度时,恒定温度5min后采取气样进行气体成分和体积分数分析.3结果分析3.1煤炭样品实验原始数据在上述实验过程中对所采15号煤样进行升温氧化实验,实验所得的数据如表3所示,并对气体成分、体积分数和指标气体进行详细分析.3.2煤温气体产物的生成量随煤温的变化在王台矿15号煤层煤样低温氧化实验过程中,对各气体的生成情况进行分析可得其体积分数变化趋势如图2、图3所示.通过分析实验数据和趋势图,可以得出王台矿15号煤层煤样在30℃到220℃温度范围的氧化过程中有规律的出现CO,CO2,CH4,C2H6,C2H2,C3H4和C2H8气体.由图2知,CO,CO2气体均在30℃时即开始出现,且气体产物生成量随煤温的升高基本呈指数上升趋势.CO的生成量在低温氧化阶段较小,煤温达到110℃之后其生成量迅速增加,这说明该温度下煤已经开始迅速氧化,物理吸附已经越来越弱而化学吸附和化学反应则占据了主要位置.由图3知,CH4气体也在30℃左右开始出现,并随着煤温的升高先增加后减小,170℃时达到最大值,这是由于煤样中吸附的瓦斯在加热情况下释放出来,170℃左右释放量最大.C2H4在130℃时出现,体积分数不大但随温度升高呈现有规律的变化.C3H8气体出现的较晚,煤温达到160℃时才出现,此气体的出现说明煤升温氧化已发展到非常危险的程度.C2H6在70℃出现,说明煤样在该温度开始发生化学氧化反应;C2H2与其它气体相比,出现比较晚,在30~220℃还没有出现,说明其出现的温度高于220℃,一旦有C2H2出现则表明煤已经发生剧烈的氧化反应.4预测16号煤主发酵气体的密度(1)对王台矿15号煤的含硫量进行测定结果为全硫3.01%,属高硫煤.且在30℃时15号煤的吸氧量为0.74cm3·g-1,结合煤自燃倾向性等级分类标准知该煤层具有自燃倾向性,属自燃煤层.(2)根据王台矿15号煤低温氧化指标气体衍生规律研究,得出该矿煤样氧化气体的出现时间和生成的体积分数均随煤温的升高表现出一定的规律性,其中CO,C2H4体积分数随温度的变化规律最好.因此,对于低温条件下,以CO,C2H4作为15号煤自然发火的预测指标气体较准确、可靠.而其它气体的衍生时间与温度也存在一定关系,如C2H6气体出现温度为70℃左右,C3H8气体出现的温度约为160℃,以及C2H2气体的出现则说明煤升温氧化温度至少已超过220℃.根据C2H6