煤自燃火灾指标气体预测预报的几个关键问题探讨.docx

欢迎光临安全人之家 https:/ 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，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、 欢迎光临安全人之家 https:/ 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，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 欢迎光临安全人之家 https:/ 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 欢迎光临安全人之家 https:/ 变化情况，与 0下吸附浓缩解吸气的各乙烷比随温度的