【文章內(nèi)容簡介】 149159170181194表42 90101順槽處煤樣指標(biāo)氣體實驗數(shù)據(jù)(單位：106)溫度/℃COCO2CH4C2H4C2H6C3H8C2H230405060708090100110123136149160173189 CO、CO2氣體產(chǎn)生規(guī)律CO和CO2是煤氧化過程中出現(xiàn)最早的兩個氣體產(chǎn)物，并且貫穿于整個氧化過程中。對上煤層煤實驗過程中30~200℃之間CO、CO2的產(chǎn)生量進行作圖，得到其濃度隨溫度變化如圖44和圖45所示。圖44 90101工作面煤樣CO、CO2隨溫度變化趨勢圖45 90101順槽煤樣CO、CO2隨溫度變化趨勢由圖可見兩煤樣30℃到200℃氧化范圍內(nèi)CO、CO2氣體濃度與煤溫之間表現(xiàn)為遞增的變化關(guān)系，其含量隨煤溫的升高基本呈指數(shù)上升趨勢；CO2在30℃時即開始出現(xiàn)，初始含量較多；但CO初期生成量較少，煤溫達到80~90℃之間其生成量迅速增加。煤氧化過程中烷烯烴氣體組份有CHC2HC3H8和C2H4 ，總體變化趨勢如圖46和圖47所示。煤氧化過程中烷烯烴氣體組份有CHC2HC2H4和C3H8，總體變化趨勢如圖12和圖13所示。圖12 90101工作面煤樣CHC2HC2HC3H8隨溫度變化趨勢圖13 90101順槽煤樣CHC2HC2HC3H8隨溫度變化趨勢從圖中我們可以發(fā)現(xiàn)測試煤樣在30℃~200℃溫度范圍內(nèi)隨著煤溫的升高有規(guī)律的出現(xiàn)CHC2HC3H8和C2H4氣體，生成量隨煤溫的升高變化不同，且各種氣體的初始出現(xiàn)溫度即臨界溫度亦不同。CH4在30℃時即開始出現(xiàn)，產(chǎn)生量隨溫度的升高而逐漸增加；C2H6在80℃~90℃左右出現(xiàn)；C2H4在100℃~110℃左右開始出現(xiàn)；工作面斷層處煤樣 C3H8在124℃~136℃左右開始出現(xiàn)。C2HC3H8和C2H4初始濃度不大但隨溫度的升高濃度逐漸增加；C2H2在30℃～200℃沒有出現(xiàn)。煤自然發(fā)火的標(biāo)志氣體就是指煤氧化升溫過程中釋放出來的與礦井大氣成分有區(qū)別并足以能夠用來判斷自然發(fā)火征兆的氣體或其比值等參數(shù)。在自然發(fā)火預(yù)測預(yù)報中，根據(jù)各標(biāo)志氣體的變化規(guī)律及其之間的比值等來推斷煤自然發(fā)火所處的狀態(tài)和發(fā)展趨勢。因此，煤層自燃指標(biāo)氣體的優(yōu)選必須具備以下條件：1）靈敏性：煤礦井下一旦有煤炭處于自燃或自燃狀態(tài)，且煤溫超過一定值時，則該氣體一定出現(xiàn)，其生成量隨煤溫升高穩(wěn)定增加；2）規(guī)律性：指標(biāo)氣體的濃度變化與煤溫之間有較好的對應(yīng)關(guān)系，且重復(fù)性好；3）可測性：普通色譜分析儀能檢測到指標(biāo)氣體的存在。 煤層自然發(fā)火標(biāo)志氣體分析煤自燃氣體產(chǎn)物是指煤層在井下環(huán)境條件下由于其自燃而釋放出來的氣體 其中包括兩部分：一部分由于煤自身氧化產(chǎn)生的氣體產(chǎn)物，叫煤自燃氧化氣體；另一部分是成煤過程中吸附的氣體，由于煤體溫度升高而解吸出來的，叫煤自燃吸附氣體。根據(jù)以上測試結(jié)果可知，在30℃~200℃之間測試煤樣氧化過程中所分解出來的氣體產(chǎn)物有CO、COCHC2HC3H8和C2H4。現(xiàn)有研究表明，烯烴、炔烴以及CO是煤自然發(fā)火過程中碳氧化反應(yīng)的產(chǎn)物，這幾種氣體組份在煤吸附氣體中不存在的（亦有吸附氣體中有CO的報導(dǎo)，但極為少見）。因此，這幾種氣體組份是標(biāo)志煤自燃氧化進程的特征氣體組份。在一般情況下，煤自燃吸附氣體主要成份是CH4和CO2，余下的是存量很少的烷烴氣體組份即C2HC3H8，這些烷烴氣體組份依據(jù)其碳原子數(shù)的序列性（也即其沸點由低到高的序列）隨著煤溫度的升高而逐一解吸出來；在煤的吸附氣體中CH4和CO2不作煤自燃氧化進程的特征氣體組份，而C2HC3H8則需要根據(jù)析出的初始溫度和之后的變化規(guī)律來確定是否能夠作為煤自燃的標(biāo)志性氣體。測試煤樣CO在30℃即開始出現(xiàn)其產(chǎn)生量隨著煤溫的升高而上升，200℃之前這種變化基本符合指數(shù)遞增關(guān)系。CO的出現(xiàn)表明煤樣已經(jīng)開始氧化，CO濃度越來越高則表明煤樣氧化越來越劇烈，煤層自燃發(fā)火危險性越高。因此，CO可以作為預(yù)測預(yù)報煤自然發(fā)火的標(biāo)志氣體之一。同時也提醒我們在實際生產(chǎn)過程中應(yīng)用CO標(biāo)志氣體應(yīng)該分兩部分考察（1）現(xiàn)場氣體檢測中是否存在CO？如果存在CO則表明煤樣開始氧化（2）出現(xiàn)CO后其濃度變化趨勢如何？如果CO濃度持續(xù)增長則表明煤氧化程度加劇，如果CO濃度變化比較平穩(wěn)這說明低溫氧化得到一定程度的控制，如果CO濃度持續(xù)下降則表明自燃災(zāi)害得到有效控制。但我們也可以發(fā)現(xiàn)在煤自然發(fā)火過程中，CO檢測溫度范圍極寬，從30℃一直到進入激烈氧化階段都就能檢測到CO，這就使得這一指標(biāo)的預(yù)報范圍過大，不利于精確判定其溫度參數(shù)。通過以上分析可知，CO作為預(yù)測預(yù)報煤自然發(fā)火的標(biāo)志氣體是可行的，但對煤自燃具體氧化溫度段的預(yù)測還要結(jié)合其他氣體聯(lián)合分析在煤的吸附氣體中，C2H4不屬于吸附氣體組份是在煤氧化過程中的產(chǎn)物。測試煤樣中C2H4的產(chǎn)生與煤溫之間的變化關(guān)系比較明確，隨著煤溫的上升而增加，呈單一遞增的關(guān)系，其產(chǎn)生的臨界溫度集中在100℃~110℃之間。C2H4的出現(xiàn)表明煤的氧化已進入加速氧化階段，它的出現(xiàn)是煤自熱氧化進入加速階段的標(biāo)志。C2H4與CO氣體相比，有一個明顯的時間差和溫度差，這比單用CO又準確了一步。如果現(xiàn)場檢測到C2H4，則表明此時的煤溫已經(jīng)超過其臨界溫度值。因此，C2H4是測試煤樣進入加速氧化階段的一個標(biāo)志性氣體指標(biāo)。在礦井自然發(fā)火預(yù)測預(yù)報工作中，應(yīng)密切注意和觀察C2H4的出現(xiàn)及其濃度的變化，對礦井防滅火工作具有十分重大的意義。從煤樣分析結(jié)果來看，在整個氧化升溫過程中都未監(jiān)測出C2H2氣體。但C2H2是煤自然發(fā)火的重要標(biāo)志氣體，是煤進入激烈氧化燃燒階段的標(biāo)志。30℃~200℃之間沒有測試到C2H2，說明一旦C2H2出現(xiàn)煤溫已經(jīng)超過200℃。煤礦在現(xiàn)場應(yīng)用過程中，應(yīng)密切注意C2H2氣體，一旦出現(xiàn)在采取措施時一定要謹慎，以免高溫煤體引發(fā)瓦斯、煤塵爆炸事故。C2H6在80℃~90℃左右出現(xiàn)，C3H8產(chǎn)生的臨界溫度為124℃~136℃之間，兩種氣體的濃度隨溫度的升高而增加。在30~200℃之間沒有表現(xiàn)出吸附氣體產(chǎn)物的生成規(guī)律，即開始有較高解吸濃度隨著煤溫的升高而逐漸降低，到最低點后又隨溫度的升高而增大，但增大的速率較小。但并不能排除C2H6和C3H8為測試煤層的吸附氣體，因為在測試之前先對測試煤樣進行了破碎和通氣，這可能使得煤樣本身少量吸附的C2H6和C3H8氣體被提前解析出來，從而使得在實驗的初始階段沒有檢測到C2H6和C3H8。因此，若使用C2H6和C3H8所為指標(biāo)氣體之前還需要結(jié)合煤層開采初期采空區(qū)的氣體測試情況，如果煤層初始階段在采空區(qū)CO濃度不高的情況下就檢測到C2HC3H8氣體，則被檢測到的氣體不宜作為本煤層的標(biāo)志性氣體；若C2HC3H8沒有檢測到則可以將其作為煤層自燃的預(yù)測預(yù)報氣體。由于現(xiàn)場色譜不能監(jiān)測C2H6和C3H8，所以要判斷能否作為90101工作面煤層自燃標(biāo)志性氣體還需要對C2H6和C3H8進行進一步化驗分析。通過對測試煤樣測試研究，得出以下結(jié)論： 1）CO是90101工作面煤層自然發(fā)火的指標(biāo)氣體之一。CO的出現(xiàn)表明煤樣已經(jīng)開始氧化，CO濃度越來越高則表明煤樣氧化越來越劇烈，煤自燃發(fā)火危險性越高。但由于在整個自然發(fā)火過程中都有CO產(chǎn)生，因此在實際生產(chǎn)過程中應(yīng)用CO標(biāo)志氣體應(yīng)該分兩部分考察：（1）現(xiàn)場氣體檢測中是否存在CO？如果存在CO則表明煤樣開始氧化（2）出現(xiàn)CO后其濃度變化趨勢如何？如果CO濃度持續(xù)增長則表明煤氧化程度加劇，如果CO濃度變化比較平穩(wěn)這說明低溫氧化得到一定程度的控制，如果CO濃度持續(xù)下降則表明自燃災(zāi)害得到有效控制。2）C2H4 是煤樣局部進入加速氧化階段的標(biāo)志性氣體。C2H4的出現(xiàn)表明煤樣局部溫度已經(jīng)到達100℃~110℃左右。在CO濃度值增高時應(yīng)特別注意加強觀測，在有CO存在的前提下，只要出現(xiàn)C2H4必須采取切實有效的防滅火措施，如果延誤時機可能發(fā)展為重大火災(zāi)事故。3）C2H2的出現(xiàn)標(biāo)志著煤樣局部溫度超過200℃。一旦在礦井下檢測到C2H2時，應(yīng)視為煤層局部已經(jīng)可能出現(xiàn)明火或陰燃，采取措施是需要謹慎。 4）C2H6和C3H8能否作為90101工作面煤層自燃的標(biāo)志性氣體還需要對C2HC3H8進行進一步化驗分析。5 90101工作面自燃危險區(qū)域測試分析 采空區(qū)煤自燃“三帶”的現(xiàn)場觀測 測試裝備與技術(shù)方案1) 測試參數(shù)與儀器儀表對于一個特定煤層的自然發(fā)火，其煤的氧化放熱性能是一定的，即是一個定數(shù)，只要浮煤厚度和粒度適中，采空區(qū)供氧充分，在發(fā)火期內(nèi)推進距離小于自燃帶寬度，就有可能發(fā)生采空區(qū)后方浮煤自燃。因此，要對綜放面采空區(qū)浮煤自燃做出預(yù)測，必須掌握采空區(qū)自燃帶范圍，O2，CO，CO2和CH4濃度，以及工作面日常實際推進度、工作面風(fēng)量等參數(shù)。綜合各個參數(shù)，研究分析采空區(qū)自燃變化與分布規(guī)律，確定東坡礦工作面后方自燃“三帶”的分布范圍。觀測工作主要是通過采空區(qū)預(yù)埋管路，進行氣體抽樣和分析等，掌握采空區(qū)氣體濃度隨工作面推進的變化情況，以氧氣含量5~18%作為“氧化蓄熱帶”的