高濕度條件下新安煤礦3煤層自然發(fā)火規(guī)律研究

李付海

(棗莊礦業(yè)集團(tuán)新安煤業(yè)有限公司，山東棗莊277100)

摘要：為了掌握新安煤礦高濕度易自燃煤層自然發(fā)火規(guī)律，防止工作面推進(jìn)過程中發(fā)生采空區(qū)遺煤自燃，對新安煤礦3402工作面煤自燃特性基礎(chǔ)參數(shù)及自然發(fā)火指標(biāo)氣體進(jìn)行了研究。研究表明：空氣相對濕度對煤自燃有著顯著的影響。空氣相對濕度越高，煤低溫氧化階段反應(yīng)強(qiáng)度越強(qiáng)，煤自燃危險性越大;同時確定了CO與C2H4作為煤自燃早期預(yù)測預(yù)報的指標(biāo)氣體。

關(guān)鍵詞：空氣濕度;采空區(qū);自燃“三帶”;氧濃度

DOI:10.16640/j.cnkl.37—1222/t.2018.10.077

1引言

煤礦生產(chǎn)最嚴(yán)重的災(zāi)害之一就是采空區(qū)的遺煤自燃，每年導(dǎo)致的直接損失和間接損失達(dá)百億元。如果對煤自燃治理不及時，很容易導(dǎo)致煤由低溫氧化階段發(fā)展到自然發(fā)火階段，甚至?xí)l(fā)生瓦斯爆炸事故，從而造成重大的人員傷亡和經(jīng)濟(jì)損失。

新安煤礦3煤層為主采煤層，大部分工作面都采用綜采放頂煤開采技術(shù)，采空區(qū)遺煤量較大，采空區(qū)漏風(fēng)嚴(yán)重，導(dǎo)致采空區(qū)發(fā)生煤自燃發(fā)火的危險性較較大。此外，3煤層開采深度距地表較深，煤層溫度長時間處于30℃以上的高溫環(huán)境中.礦井空氣相對濕度較大。礦井空氣濕度對煤自燃有著顯著的影響件，目前國內(nèi)外的學(xué)者主要針對空氣濕度對煤曰燃放熱量的影響進(jìn)行研究，而對煤自燃的特性缺乏相關(guān)研究。因此，本文研究高濕度條件下3煤層的自然發(fā)火規(guī)律，不僅可以為煤礦現(xiàn)場采空區(qū)遺煤自燃的治理提供指導(dǎo)理論，對煤礦現(xiàn)場的防滅火也具有重要的現(xiàn)實意義。

2煤自燃指標(biāo)氣體的研究及分析

采用程序升溫的方法進(jìn)行指標(biāo)氣體檢測是比較常用的測試方法。通過研究高濕度條件下煤自燃指標(biāo)氣體的產(chǎn)生規(guī)律，可以為高濕度礦井煤自燃的預(yù)測預(yù)報提供指導(dǎo)依據(jù)。試驗煤樣取自棗莊礦業(yè)集團(tuán)新安煤礦3402回風(fēng)隅角，由于新安煤礦3402工作面長期處于35℃的高溫環(huán)境下，空氣相對濕度達(dá)到90%以上，所取煤樣具有代表性。通過采集、密封運至實驗室，試驗前，先剝?nèi)テ浔砻娴难趸瘜樱缓髮ζ溥M(jìn)行破碎，篩分80目粒徑煤樣500g，以50g為一組備用。試驗時，將試驗煤樣分別通入干空氣(相對濕度RH為0%)和相對濕度為30%、60%、100%的空氣，研究不同濕度條件下新安煤礦煤的交叉點溫度、耗氧量和指標(biāo)氕體產(chǎn)生結(jié)果及規(guī)律。

對新安煤礦3402工作面煤樣測試，得到不同濕度條件下CO、C2H4產(chǎn)生量與溫度的關(guān)系如圖1，圖2所示。

由圖1，圖2可以得出以下結(jié)論：

(1)新安煤礦煤氧化過程中，CO氣體濃度隨氧化溫度升高而增大，在高濕度條件下，溫度達(dá)到30℃就能產(chǎn)生CO;在煤低溫氧化階段，空氣相對濕度越大，CO產(chǎn)生量越大;CO濃度存在突變臨界溫度90℃，溫度超過90℃后，CO濃度急劇增加。

(2)不同空氣濕度條件下對C2H4的產(chǎn)生影響較大，在空氣相對濕度100%條件下，80℃就出現(xiàn)。在煤低溫氧化階段，空氣相對濕度越大，C2H4產(chǎn)生量越大。

總體來看，新安煤礦煤樣在低溫氧化過程產(chǎn)生量較大的指標(biāo)氣體，隨溫度上升濃度的增加速率也比較大;可以用CO、C2H4指標(biāo)氣體的出現(xiàn)對煤體達(dá)到的氧化溫度進(jìn)行定性判斷。

3結(jié)論

在空氣相對濕度為100%的條件下，環(huán)境溫度達(dá)到30℃就能產(chǎn)生CO;C2H4在80℃就會出現(xiàn)。在煤低溫氧化階段，礦井相對濕度越大，CO產(chǎn)生量越大;CO存在突變臨界溫度90℃，超過90℃后，CO產(chǎn)生量迅速增大。

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