煤层原生co生成机理及吸附、放散特征研究

《煤层原生co生成机理及吸附、放散特征研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、ChinaUniversityofMining&Technology,BeijingBEbeijingBeijing博士学位论文煤层原生CO生成机理及吸附、放散特征研究学院：资源与安全工程学院学号：TBP120102062作者：王海燕学科专业：安全科学与工程导师：朱红青2015年6月中图分类号：TD75密级：单位代码：11413博士学位论文中文题目：煤层原生CO生成机理及吸附、放散特征研究英文题目：ThestudyofcoalprimalCOgenerationmechanismandadsorption,emissioncha

2、racteristics作者：王海燕学号：TBP120102062学科专业：安全科学与工程研究方向：煤火防治导师：朱红青职称：教授论文提交日期：2015年4月14日论文答辩日期：2015年6月8日学位授予日期：2015年6月24日中国矿业大学（北京）.摘要早期预测预报，是煤自燃灾害综合防治的关键。目前，主要采用间接法，通过采集气样分析并与测定的指标性气体比对确定煤的发火状态，CO是常用且有效的指标性气体。然而，现场实践表明，煤自燃不是井下CO的唯一来源，在许多低阶煤矿井的开采过程中，连续检测到煤层气中CO气体长期超过《煤矿安全规

3、程》标准。其中，有些是煤自燃引起，还有一些不存在自燃情况，而极有可能是原煤层中的原生CO气体造成的，该问题严重影响了煤矿安全生产工作的正常开展。目前，一般认为CO超限由于井下爆破工作或者煤层自然发火所引起，很少重视煤层吸附CO的解吸放散等原因，对煤层中原生CO的产生、赋存及吸附解吸规律的研究不够，没有清楚认识煤层CO的产生机理，更没有形成完善的煤层开采破碎后CO放散的测定方法。因此，对矿井煤层原生CO进行测定，研究其产生机理，分析CO的吸附特征和煤体破碎后CO的放散规律，对提高煤自燃预报准确性、保证煤矿企业正常安全生产和确保矿工

4、安全，具有重要的科学意义。通过文献调研和理论研究从成煤的角度对CO气体的产生和耗散进行了研究，认为煤层原生CO气体主要通过生物成因、热成因和无机成因三个阶段和方式产生，热成因CO气体主要在“长焰煤-气煤”阶段的热降解早期产生，CO组分浓度较高；全国范围内煤层原生CO气体赋存地域分布广泛，煤种主要为未变质褐煤、低变质长焰煤-气煤和以岩浆侵入为典型的构造作用煤；结合现有资料分析了原生CO的赋存特征，探讨了煤层原生CO气体的测定和难点，认为易与煤层原生CO混淆的CO气体来源包括原煤破碎脱羰产生CO、煤在常温条件下与氧气反应产生CO和打

5、钻过程为典型的煤体受摩擦短时间局部高温产生CO，测试难点主要为存在易与原生CO混淆的煤层CO气体来源，但除此之外，煤体CO的解吸难易、解吸量大小、浓度高低等原因也会对理论方法的实际操作产生影响。对国内现已开展过的有关煤层原生CO测试方法进行了调研，在此基础上根据原生CO测试的目的和要求，结合煤的物理化学性质，从操作过程简便、实验过程安全、提高实验精度以及便于实现自动化的角度出发，对该实验系统进行了功能分析，将系统划分为密闭充氮取样及破碎装置、气体的井下直接解吸装置、外部加热恒温装置、解吸气体采集装置、气体组分及浓度测定装置、不同

6、装置间的连接气路及配气、实验控制及数据采集装置七部分，并根据子系统所需要实现的功能初步分析了硬件构成，最终建立了煤层原始气体组分含量及放散测试分析平台，整个实验系统由充氮密闭取样罐、球磨机、井下气体解吸仪、程序控温箱、I实验室排水集气、气体组分及浓度检测、配气及气路、实验控制及数据采集、煤样称量和筛分等装置部件构成。煤层原始气体组分含量及放散测试分析平台的成功建立为后续实验研究奠定了基础。在构建的实验平台基础上，给出了煤体破碎后原始气体组分及含量随时间变化规律的测试方法，研究了气体量的校正方法及球磨机使用的最佳转动速率。依据该实

7、验方法，对朔州兴陶煤矿（XT）、唐山东欢坨煤矿（DHT）、唐山林南仓煤矿（LNC）、张家口西细庄煤矿（XXZ1#和XXZ5#）以及邯郸大淑煤矿（DSC）的6个煤层煤样进行实验测试，测试了球磨机最佳研磨转率下破碎3h后环境温度25℃通高纯N2（L3）、球磨机最佳研磨转率下破碎2h后环境温度30℃通高纯N2（M2）、球磨机最佳研磨转率下破碎3h后环境温度30℃通高纯N2（M3）、球磨机最佳研磨转率下破碎3h后环境温度35℃通高纯N2（H3）、球磨机最佳研磨转率下破碎3h后环境温度30℃通标准空气（AM3）及球磨机最佳研磨转率下破碎4

8、h后环境温度30℃通高纯N2（M4）共6种不同条件下的煤样放散原始气体组分含量及其随时间的变化情况，得出了不同煤样赋存气体类型及组分浓度存在差异、空气的通入对煤体破碎后各原始气体组分的放散均会产生影响等初步规律。最后使用SPSS数值分析软件，对6种煤样M3条件下