《安全技术》之煤自燃火灾指标气体预测预报的几个关键问题探讨.doc

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1、煤自燃火灾指标气体预测预报的几个关键问题探讨煤在氧化升温过程中，会释放出CO、CO2、烷烃、烯烃以及炔烃等指性气体。这些气体的产生率随煤温上升而发生规律性的变化，能预测和反映煤自然发火状态。CO贯穿于整个煤自然发火过程中，一般在50℃以上就可测定出来，出现时浓度较高；烷烃（乙烷、丙烷）出现的时间几乎与CO同步，贯穿于全过程，但其浓度低于CO，而且在不同煤种中有不同的显现规律；烯烃较CO和烷烃出现得晚，乙烯在110℃左右能被测出，是煤自然发火进程加速氧化阶段的标志气体，在开始产生时，浓度略高于炔烃气体；炔烃出现的时间最晚

2、，只有在较高温度段才出现，与前两者之间有一个明显的温度差和时间差，是煤自然发火步入激烈氧化阶段（也即燃烧阶段）的产物。因此，在这一系列气体中，选择一些气体作为指标气体，以及准确检测，就能可靠判断自然发火的征兆和状态。1指标气体及其选择目前，国内外可作为煤自然发指标气体主要有CO、C2H6、CH4、C2H4、C2H2、△O2（△O2为氧气消耗量）等及其生成的辅助性指标。早在“七·五”期间，国家攻关项目《各煤种自然发火标志气体指标研究》的研究中，对我国各矿区有代表性的煤种进行了自然发火气体产物的模拟试验，得出了指标气体与煤

3、种及煤岩之间的关系。1）随着煤种的不同，煤自然发火氧化阶段（缓慢氧化阶段、加速氧化阶段、激烈氧化阶段）的温度范围、气体产物和特性都不同；2）各煤种从缓慢氧化阶段的气体产物优选为灵敏指标的为：褐煤、长焰煤、气煤、肥煤以烯烃或烷比为首选，以CO及其派生的指标为辅，而焦煤、贫煤和瘦煤则以CO及其派生的指标为首选，C2H4或烯烷比为辅；无烟煤和高硫煤唯一依据是CO及其派生指标；3）C2H4可用于气体分析法中表征低变质程度煤着火征兆的灵敏指标，同时也可以作为判断煤自然发火熄灭程度的指标；C2H4/C2H2比值可以更准确地表征煤着

4、火温度的最高温度点，结合其他参数可用于判断着火前的时间。因此，必须充分认识到CO并非唯一的煤自然发火气体指标。它还有许多不足：检测温度范围极宽；CO产生量同煤温之间的关系不明确，特别是在现场复杂条件下，受风流、煤体原生气体组分、测点选择及生产过程等因素影响，难以确定煤氧化自燃的发展阶段，使预测预报的准确率和精度降低。2煤自燃指标气体灵敏度的提高技术由于指标气体在井下气流中不浓度非常小，低于现有检测仪器的检测精度，使得某些本应可以有效反映井下煤自燃状态的指标气体就可能因检测不出或测不准而无法利用。采用气体的吸附与浓缩技术

5、，可提高检测气体的灵敏度，改善现有指标气体预报准确度不高的缺陷。2.1气体的吸附与浓缩原理利用多孔性吸附介质对煤自燃过程中产生的气体的选择吸附性能，对气体进行吸附浓缩，达到可检测的目的。可用于气体吸附的多孔介质种类比较多，但活性炭具有对有机物的吸附效率高、再生能力好、价格低廉等特点，故采用果壳类活性炭作为吸附剂来吸附浓缩煤在自燃升温过程中释放的指标气体。气体经过活性炭吸附，达到吸附平衡后，可通过加热解吸再生，解吸时，采用不同的解吸时间，确保吹扫脱附干净。2.2指标气体吸附与浓缩规律2.2.1烷烃类和烯烃类气体的吸附与浓

6、缩实验研究兖州矿区某煤样表明，煤温在低于80℃时，检测不到任何有机气体组分。当煤体温度在110℃以上时，开始检测到乙烷、乙烯。随着热解温度的进一步提高，烷烃气体、烯烃气体的组分数也随之增加，140℃时开始出现甲烷、丙烷，170℃时出现了丙烯气体，到了200℃已能检测到丁烷和戊烷。但经浓缩处理后的指标气体，50℃时即可检测到甲烷、乙烷、丙烷及乙烯，80℃时出现了丙烯和异丁烷，110℃时开始检测到丁烷，170℃时可检测到的给分数达到最多，可检测到丁烯和烷的出现。浓缩后，相同温度下煤氧化分解可检测到的气体组分数增多，各组分气

7、体出现的初始温度，也都大大降低，如乙烯从未浓缩前的110℃降至50℃，丙烯从170℃降至80℃。可见，浓缩效果明显，使检测出指标气体的初始温度大大提前，平均提前了90℃左右，极大地提高了各组分气体检测的灵敏度，尤其是对低浓度的气体，其效果更显著。2.2.2乙烷比及其与温度的变化关系通过分析不同煤矿煤样氧化分解的烃类气体在35℃下吸附浓缩后的解吸气在不同温度下的乙烷比值可以得出，各煤种氧化气体在35℃下吸附浓缩解吸气的乙烯/乙烷、丙烷/乙烷、丙烯/乙烷随氧化温度的变化情况，与0℃下吸附浓缩解吸气的各乙烷比随温度的变化趋势

8、一致，都经历了一个先下降然后又上升的变化过程，在这个变化过程中都有一个转折点温度，在这个温度处各烃类气体的乙烷比值达到最低点。南屯煤矿煤样的乙烯/乙烷、丙烷/乙烷、丙烯/乙烷的比值大约在132℃、142℃、138℃左右达到最低点。这是因为在各个转折点温度之前，乙烯、丙烷、丙烯的生成速率高于甲烷的生成速率。同样道理，兴隆庄煤矿煤样的