煤自燃火災(zāi)指標(biāo)氣體預(yù)測預(yù)報的幾個關(guān)鍵問題探討.

1、煤自燃火災(zāi)指標(biāo)氣體預(yù)測預(yù)報的幾個關(guān)鍵問題探討 煤在氧化升溫過程中，會釋放出 CO、CO2、烷烴、烯烴以及炔烴等 指性氣體。這些氣體的產(chǎn)生率隨煤溫上升而發(fā)生規(guī)律性的變化，能預(yù)測和 反映煤自然發(fā)火狀態(tài)。CO貫穿于整個煤自然發(fā)火過程中，一般在50C以上 就可測定出來，出現(xiàn)時濃度較高；烷烴（乙烷、丙烷）出現(xiàn)的時間幾乎與 CO同步，貫穿于全過程，但其濃度低于 CO,而且在不同煤種中有不同的 顯現(xiàn)規(guī)律；烯烴較CO和烷烴出現(xiàn)得晚，乙烯在110C左右能被測出，是煤 自然發(fā)火進程加速氧化階段的標(biāo)志氣體，在開始產(chǎn)生時，濃度略高于炔烴 氣體；炔烴出現(xiàn)的時間最晚，只有在較高溫度段才出現(xiàn)，與前兩者之間有 一個明顯的溫度

2、差和時間差，是煤自然發(fā)火步入激烈氧化階段（也即燃燒 階段）的產(chǎn)物。因此，在這一系列氣體中，選擇一些氣體作為指標(biāo)氣體， 以及準(zhǔn)確檢測，就能可靠判斷自然發(fā)火的征兆和狀態(tài)。 1指標(biāo)氣體及其選擇 目前，國內(nèi)外可作為煤自然發(fā)指標(biāo)氣體主要有 CO、C2H6、CH4、 C2H4、C2H2、A O2 （ O2為氧氣消耗量）等及其生成的輔助性指標(biāo)。早 在“七？五”期間，國家攻關(guān)項目各煤種自然發(fā)火標(biāo)志氣體指標(biāo)研究的 研究中，對我國各礦區(qū)有代表性的煤種進行了自然發(fā)火氣體產(chǎn)物的模擬試 驗，得出了指標(biāo)氣體與煤種及煤巖之間的關(guān)系。 1）隨著煤種的不同，煤自然發(fā)火氧化階段（緩慢氧化階段、加速 氧化階段、激烈氧化階段）的溫度

3、范圍、氣體產(chǎn)物和特性都不同； 2） 各煤種從緩慢氧化階段的氣體產(chǎn)物優(yōu)選為靈敏指標(biāo)的為：褐煤、 長焰煤、氣煤、肥煤以烯烴或烷比為首選，以CO及其派生的指標(biāo)為輔，而 焦煤、貧煤和瘦煤則以CO及其派生的指標(biāo)為首選，C2H4或烯烷比為輔； 無煙煤和高硫煤唯一依據(jù)是 CO及其派生指標(biāo)； 3）C2H4可用于氣體分析法中表征低變質(zhì)程度煤著火征兆的靈敏 指標(biāo)，同時也可以作為判斷煤自然發(fā)火熄滅程度的指標(biāo)；C2H4/ C2H2比值 可以更準(zhǔn)確地表征煤著火溫度的最高溫度點，結(jié)合其他參數(shù)可用于判斷著 火前的時間。 因此，必須充分認(rèn)識到CO并非唯一的煤自然發(fā)火氣體指標(biāo)。它還 有許多不足：檢測溫度范圍極寬；CO產(chǎn)生量同煤

4、溫之間的關(guān)系不明確，特 別是在現(xiàn)場復(fù)雜條件下，受風(fēng)流、煤體原生氣體組分、測點選擇及生產(chǎn)過 程等因素影響，難以確定煤氧化自燃的發(fā)展階段，使預(yù)測預(yù)報的準(zhǔn)確率和 精度降低。 2煤自燃指標(biāo)氣體靈敏度的提高技術(shù) 由于指標(biāo)氣體在井下氣流中不濃度非常小，低于現(xiàn)有檢測儀器的 檢測精度，使得某些本應(yīng)可以有效反映井下煤自燃狀態(tài)的指標(biāo)氣體就可能 因檢測不出或測不準(zhǔn)而無法利用。采用氣體的吸附與濃縮技術(shù)，可提高檢 測氣體的靈敏度，改善現(xiàn)有指標(biāo)氣體預(yù)報準(zhǔn)確度不高的缺陷。 2.1氣體的吸附與濃縮原理 利用多孔性吸附介質(zhì)對煤自燃過程中產(chǎn)生的氣體的選擇吸附性 能，對氣體進行吸附濃縮，達到可檢測的目的?？捎糜跉怏w吸附的多孔介 質(zhì)

5、種類比較多，但活性炭具有對有機物的吸附效率高、再生能力好、價格 低廉等特點，故采用果殼類活性炭作為吸附劑來吸附濃縮煤在自燃升溫過 程中釋放的指標(biāo)氣體。氣體經(jīng)過活性炭吸附，達到吸附平衡后，可通過加 熱解吸再生，解吸時，采用不同的解吸時間，確保吹掃脫附干凈。 2.2指標(biāo)氣體吸附與濃縮規(guī)律 221烷烴類和烯烴類氣體的吸附與濃縮 實驗研究兗州礦區(qū)某煤樣表明，煤溫在低于 80 C時，檢測不到任 何有機氣體組分。當(dāng)煤體溫度在110C以上時，開始檢測到乙烷、乙烯。隨 著熱解溫度的進一步提高，烷烴氣體、烯烴氣體的組分?jǐn)?shù)也隨之增加，140C 時開始出現(xiàn)甲烷、丙烷，170C時出現(xiàn)了丙烯氣體，到了 200C已能檢測

6、到 丁烷和戊烷。但經(jīng)濃縮處理后的指標(biāo)氣體，50C時即可檢測到甲烷、乙烷、 丙烷及乙烯，80C時出現(xiàn)了丙烯和異丁烷，110C時開始檢測到丁烷，170 C 時可檢測到的給分?jǐn)?shù)達到最多，可檢測到丁烯和烷的出現(xiàn)。濃縮后，相同 溫度下煤氧化分解可檢測到的氣體組分?jǐn)?shù)增多，各組分氣體出現(xiàn)的初始溫 度，也都大大降低，如乙烯從未濃縮前的110C降至50C，丙烯從170C降 至80C。可見，濃縮效果明顯，使檢測出指標(biāo)氣體的初始溫度大大提前， 平均提前了 90C左右，極大地提高了各組分氣體檢測的靈敏度，尤其是對 低濃度的氣體，其效果更顯著。 222乙烷比及其與溫度的變化關(guān)系 通過分析不同煤礦煤樣氧化分解的烴類氣體在

7、35 C下吸附濃縮后 的解吸氣在不同溫度下的乙烷比值可以得出，各煤種氧化氣體在35C下吸 附濃縮解吸氣的乙烯/乙烷、丙烷/乙烷、丙烯/乙烷隨氧化溫度的變化情況， 與0C下吸附濃縮解吸氣的各乙烷比隨溫度的變化趨勢一致，都經(jīng)歷了一個 先下降然后又上升的變化過程，在這個變化過程中都有一個轉(zhuǎn)折點溫度， 在這個溫度處各烴類氣體的乙烷比值達到最低點。南屯煤礦煤樣的乙烯/乙 烷、丙烷/乙烷、丙烯/乙烷的比值大約在132C、142C、138C左右達到最 低點。這是因為在各個轉(zhuǎn)折點溫度之前，乙烯、丙烷、丙烯的生成速率高 于甲烷的生成速率。同樣道理，興隆莊煤礦煤樣的乙烯、丙烷、丙烯與乙 烷的比在最低點所對應(yīng)的溫度

8、分別為 142C、128C、128C左右。唐山煤礦 煤樣的乙烯、丙烷、丙烯與乙烷的比在最低點對應(yīng)的溫度分別為140C、 114C、129C左右。徐州義安煤礦煤樣的乙烯、丙烷、丙烯與乙烷的比在 最低點所對應(yīng)的溫度分別為171 C、150C、162C左右。古交煤礦煤樣的乙 烯、丙烷、丙烯與乙烷的比則分別在132C、132C、118C左右的到達最低 點。 2.2.3烯烷比值及其與溫度的變化關(guān)系 根據(jù)各煤樣氧化分解的烴類氣體在 35 C下吸附濃縮后的解吸氣在 不同溫度下的甲烷比值及其與溫度的關(guān)系，各個煤種的氧化氣體在35 C下 吸附濃縮解吸氣的乙烯/乙烷、丙烯/丙烷隨氧化溫度的變化情況，與 0C下 吸

9、附濃縮解吸氣的各烯烷比隨溫度的變化趨勢一致，也都經(jīng)歷了一個先下 降然后又上升的變化過程，都有一個轉(zhuǎn)折溫度，在這個轉(zhuǎn)折溫度處各烴類 氣體的烯烷比值達到最低點。南屯煤礦煤樣的乙烯/乙烷和丙烯炳烷的值大 約在148C和151 C左右到達最低點。由此可以看出轉(zhuǎn)折點溫度之前乙烷、 丙烷的釋放速率大于乙烯、丙烯的釋放速率，使吸附劑吸附的乙烯、丙烯 的量大于乙烷、丙烷的量，所以產(chǎn)生了這種先升后降的變化關(guān)系。 因此，判斷井下煤自燃的狀態(tài)，關(guān)鍵是掌握煤升溫過程中各指標(biāo) 氣體的生成速率與溫度的關(guān)系，掌握濃縮后指標(biāo)氣體生成最、甲烷比、乙 烷比、烯烷比與煤體溫度的變化關(guān)系，才能可靠的預(yù)報煤炭自燃。 3煤炭自燃指標(biāo)氣體

10、的檢測技術(shù) 3.1人工檢測 人工檢測一直是煤炭自燃指標(biāo)氣體的主要檢測手段，它是在自燃 的危險區(qū)域，人工取樣，通過色譜議分析，給出指標(biāo)氣體的成分與濃度， 以此判斷煤的自燃程度。該法適用性強、投入設(shè)備少，簡單易行，但人工 取樣工作量大，間隔時間長，不能進行連續(xù)實時檢測。 3.2礦井監(jiān)測系統(tǒng) 安全與環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)可以連續(xù)監(jiān)測 CO、C02、02等環(huán)境參數(shù), 根據(jù)這些環(huán)境參數(shù)的變化進行自燃的預(yù)報，但是由于傳感器數(shù)量種類少、 價格昂貴、布置范圍小，沒能充分發(fā)揮監(jiān)測系統(tǒng)用于煤炭自燃預(yù)報應(yīng)有的 作用。 束管監(jiān)測系統(tǒng)是一種有效的專用監(jiān)測技術(shù)，常用的束管監(jiān)測系統(tǒng) 是用聚乙烯管通過地面抽氣泵將氣體抽到地面，經(jīng)氣樣分

11、選器依次將不同 測點氣樣送往色譜儀進行分析。但由于束管監(jiān)測系統(tǒng)線路長、管理較困難。 為改善這一現(xiàn)象，采用計算機技術(shù)與氣體分析技術(shù)相結(jié)合，即用小抽氣泵 通過束管抽取取樣點的氣體，通過氣樣傳感器分析氣體成分，并把信號傳 輸?shù)降孛嬗嬎銠C對氣體分析數(shù)據(jù)進行處理并作出預(yù)報。 3.3監(jiān)測點布置 在自燃火災(zāi)的監(jiān)測中，監(jiān)測點布置至關(guān)重要，實踐證明，監(jiān)測點 的布置應(yīng)按照以下原則進行： 1）預(yù)計易發(fā)火區(qū)域。按照礦井生產(chǎn)環(huán)境及煤層自然發(fā)火條件，把 各危險區(qū)域作為監(jiān)測對象，即根據(jù)上述煤炭自燃的時間和空間特性分析布 2）測點布置在高負壓區(qū)。從全負壓角度考慮，只要漏風(fēng)風(fēng)流經(jīng)過 易燃點，各泄漏通道以負壓最高處最易反映易發(fā)火區(qū)域的真實情況。 3） 提供最佳排除炮煙影響環(huán)境。井下放炮產(chǎn)生大量的 CO,經(jīng)過 測點時就反映到CO監(jiān)測儀器上來，給非連續(xù)監(jiān)測帶來困難，因此要設(shè)法排 除炮煙干擾。 4）測點具有恒定的漏風(fēng)量。如果進行相對量監(jiān)測，漏風(fēng)量不穩(wěn)定, 監(jiān)測儀上所反映的數(shù)值無法表達發(fā)火過程中的真實情況，即使對絕對量進 行監(jiān)測，由于微小風(fēng)量測算困難，也會造成很大誤差。因此，監(jiān)測過程中 如無特殊需要，盡量不改變通風(fēng)系統(tǒng)，改變后則要及時調(diào)整測點，各參數(shù) 量重新對比整理。 風(fēng)