榆阳煤矿3煤层自燃特性实验研究.pdf

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1、2014年第39卷第3期能源技术与管理Vo1．39No．3EnergyTechnologyandManagement27doi：10．39696．issn．1672—9943．2014．03．09榆阳煤矿]煤层自燃特性实验研究杨兴兵，李金亮(中煤科工集团重庆研究院有限公司，重庆400037)[摘要]主要检测了榆阳煤矿3煤层煤样的工业分析和自燃倾向性，通过程序升温法研究了煤样在不断升温过程中各种指标气体的变化情况，用差示扫描量热法(DSC)测定煤样比热，用数学模型解算最短自然发火期。研究表明：榆阳煤矿3煤层属于自燃煤层；首选CO作为自燃标志气体，采用CO相对量和变化率为

2、自燃趋势预测预报指标，并结合CH相对量进行煤层自燃的预测预报，根据升温氧化试验结果，采用最短自然发火期模型解算得出最短自然发火期为55．8d。[关键词]煤样分析；自燃特性；指标气体；程序升温；自然发火期[中图分类号]TD75+2．2[文献标识码]A[文章编号]1672．9943(2014)03027一O3指标气体实验为首先采集煤样然后粉碎、筛0引言分，并进行煤自然发火实验。由于煤炭本身是一个极为复杂的有机腐植酸实验过程：取0．1mill以下粒径的煤样150g，的衍生物，结构的不明确致使煤炭自燃的微观研设置程序升温为25％／15min，升温过程中通人标究较为困难，但可以

3、肯定煤炭在自燃过程中是在准空气，流速为60mUmin。在加热过程中每15min低温环境下与氧气的不断氧化产生热量，若氧化取气1次，用高效气相色谱仪分析气体浓度，温度产热速率大于散热速率，使煤体不断积聚热量，采集系统自动记录煤温。导致煤体温度缓慢上升的过程]。现在的研究主DSC测比热：取粉状煤样于综合热分析仪天要集中在煤氧化过程中的耗氧量E2]、温升过程中平，设定温升速率，测定热量释放。的指标气体释放b]、分析氧化过程中煤的微观结2实验结果构[4]、分析煤氧化中的热量变化等。以榆阳煤矿3煤层煤样为研究对象研究其自燃特性，主要检2．1工业分析及倾向性测了煤样的工业分析和自

4、燃倾向性；通过程序升选择实验煤样进行静态吸氧实验，用高效色温法研究了煤样在不断升温过程中各种指标气体谱分析检测每1g煤样的耗氧量。以每克干煤在的变化情况；用差示扫描量热法(DSC)测定煤样常温、常压下的吸氧量作为指标。煤的自燃倾向性比热；用数学模型解算最短自然发火期。研究表明指标如表1所示。榆阳煤矿3煤层属于自燃煤层；首选CO作为自表1工业分析及自燃倾向鉴定燃标志气体，采用CO相对量和变化率为自燃趋势预测预报指标，并结合C：H相对量进行煤层自燃的预测预报；根据升温氧化试验结果，采用最短自然发火期模型解算得出最短自然发火期为55．8d。注：检测的不l司温度F的比热煤样C

5、I220120106。2．2升温氧化试验1实验装置及过程升温氧化过程中各气体变化如表2所示，从1．1实验装置表2可看出煤样升温过程中，在46℃即有少量实验装置如文献[6]；CO产生，但是检测为10级，考虑误差等因素，确综合热分析仪为美国TA公司生产。定CO开始析出温度为72℃。在137℃时CO浓1．2实验过程度变化较大，因此煤样的干裂温度为137cI=。全部温度变化过程分3个阶段：煤样最低温度小于基金项目：重庆市基础与前沿研究计划杰青项目(cste201389℃时受部分水分影响，煤样升温速率较慢，在jcyjjq90001)此阶段有CO气体产生；在89—137℃为加速氧

6、2014年6月28杨兴兵，等榆阳煤矿3煤层自燃特性实验研究Feb．，2014化阶段，该阶段煤样升温速率有所加快，c2H、137℃为剧烈氧化阶段。因此可以确定煤样氧化CH等气体在137℃出现，煤样最低温度超过自燃过程的临界温度为72℃，干裂温度为137。【=。表2氧化过程中各气体浓度及临界温度注：为同一时刻煤样最低温度；为同一时刻煤样最高温度；为进气温度。2．3煤样比热16l4根据对不同温度条件下不同煤种煤样的比热12进行的差示扫描量热分析测试，实验室试验的结毛10越8果如表3所示。选取表3中数据对陕西中能煤田6有限公司榆阳煤矿3煤层煤样进行自然发火期解42算。0表3不

7、同温度条件下的煤样比热容8399ll6l7l5l2587658688煤样最高温度／℃图3CH的温变曲线从升温氧化实验结果可以看出：煤升温氧化产物的规律是CO出现的最早，其次是cH，且2。4自燃标志气体CO贯穿于整个氧化过程。CH的出现，表示煤已将表2中的数据进行整理和分析，并绘制成进入加速氧化阶段，此时温度超过200℃。因此，图，如图1～3所示。首选CO作为自燃标志气体，同时采用CO相对7O()0量和变化率为自燃趋势预测预报指标，并结合6《)()()5000CH相对量进行煤的自燃预测预报。越4o002．5煤层最短自然发火期实验结果30002()oo建