金凤矿011805工作面煤自燃早期预报指标的研究及应用
发布时间：2020-03-12 01:28
【摘要】：针对金凤矿011805工作面缺乏科学的煤自燃早期预报指标问题,运用大型煤自然发火实验台对金凤矿煤样进行煤自燃相似模拟实验,得到煤自燃过程中CO浓度及产生率规律,并结合011805工作面实际条件和采空区"三带"分布参数,采用工作面上隅角CO浓度安全指标计算模型,给出了011805工作面煤自燃早期预报定量指标。结合011805工作面正常回采期间上隅角CO浓度实测结果,验证了CO浓度安全指标能够满足011805工作面煤自燃早期预报的要求。
【图文】：
1O2(1－exp(－V0O2(T)SL/(QC0O2)))(1)式中:V0CO(T)、V0O2(T)分别为在标准氧浓度时CO产生率和煤的耗氧速度，mol/(cm3·s);C2CO、C1CO分别为前后2点CO浓度，mol/cm3;Q为供风量，mL/min;S为罐体底面积，cm2;L为前后俩测点之间的距离，cm;C1O2、C0O2分别为炉体中的某一点和新鲜空气中的氧气浓度，mol/cm3。将实测的入口和出口CO浓度和计算得到的耗氧速率及其他参数代入式(1)，即可得煤升温过程中炉内煤最高温度与CO产生率的关系(图1)。图1CO体积分数及产生率与最高温度变化关系由图1可知，金凤矿煤样在煤层自燃过程中CO是比较灵敏的气体，在实验常温开始阶段就有一定量CO出现，并且随着温度升高CO气体浓度增大，呈现出指数增长规律。温度在55～60℃时，CO浓度出现第1次明显剧烈的增幅，此后CO浓度保持持续快速增长，CO产生率与CO浓度表现出相类似的规律。说明此温度段是煤氧复合反应从低温缓慢氧化到加快氧化的1个转折点，即该温度段为临界温度。当温度在90～100℃时，CO浓度出现第2次明显剧烈的增幅，CO产生率也发生相类似的规律，即该温度段为干裂温度。在整个煤体自燃升温过程中CO变化规律，可良好地表征出煤自燃反应进行的程度。因此，可以把CO气体作为金凤矿煤早期自然发火的预报指标。2工作面上隅角煤自燃早期预报指标2．1工作面煤自燃参数观测在马家滩矿区金凤矿011805工作面正常开采条件下，对其现场条件以及采空区煤自燃“三带”参数统计见表2。表2金凤矿011805工作面的参数参数参数值工作面长度/m289配风量/(m3·min－1)807开采厚度/m3．85工作面面积/m21112．65平均推进速度/(m·d－1)5．4回采率/%90
预测值为73×10－6。当上隅角CO浓度值达到315×10－6时，表征采空区遗煤开始氧化自燃且温度达到临界温度，即出现高温区域。此时应立即采取防灭火措施，如措施不及时煤氧复合会自动加速上隅角CO浓度值很快达到1313×10－6，且温度将达到干裂温度。通过对不同温度阶段CO浓度的计算，可对马家滩矿区金凤矿011805工作面煤自燃程度进行定性的分析。3现场应用上述金凤矿011805工作面上隅角CO浓度预测指标进行了现场应用。对011805工作面上隅角进行日常人工取气色谱分析得出CO浓度变化规律具体统计(图2)。图2011805工作面日常上隅角CO浓度与时间关系由图2可以看出，，在日常正常回采期间，金凤矿011805工作面上隅角CO浓度保持在10×10－6左右，明显低于常温状态模型预测值。当工作面临时停采与停采回收时，由于采取了合理的防灭火措施，上隅角CO浓度最高未超过40×10－6，低于常温状态模型预测值。当地质构造和机械设备故障等原因导致工作面推进减缓时，上隅角CO浓度出现快速增加，最高达到84×10－6，超于常温状态模型预测值73×10－6，此时采用采空区注浆、注氮并加快工作面推进度等方法，上隅角CO浓度逐渐趋于正常。因此，通过现场实测工作面上隅角CO浓度变化规律与数学计算模型预测指标进行比较，验证了基于工作面上隅角CO浓度安全指标的煤自然预报技术可反应采空区煤自燃程度，并能够科学地指导金凤矿011805工作面相应的日常防灭火工作，很大程度上降低煤自然发火的概率，保障正常生产。4结论1)在自然发火模拟实验中，CO气体浓度在整个自燃过程中都与温度有很好的对应关系，并于55～60℃和90～100℃时CO气体浓度与CO产生率出现明显增加。因此，可以把CO气体作为煤早期煤自燃指标气体。2)结
【图文】：
1O2(1－exp(－V0O2(T)SL/(QC0O2)))(1)式中:V0CO(T)、V0O2(T)分别为在标准氧浓度时CO产生率和煤的耗氧速度，mol/(cm3·s);C2CO、C1CO分别为前后2点CO浓度，mol/cm3;Q为供风量，mL/min;S为罐体底面积，cm2;L为前后俩测点之间的距离，cm;C1O2、C0O2分别为炉体中的某一点和新鲜空气中的氧气浓度，mol/cm3。将实测的入口和出口CO浓度和计算得到的耗氧速率及其他参数代入式(1)，即可得煤升温过程中炉内煤最高温度与CO产生率的关系(图1)。图1CO体积分数及产生率与最高温度变化关系由图1可知，金凤矿煤样在煤层自燃过程中CO是比较灵敏的气体，在实验常温开始阶段就有一定量CO出现，并且随着温度升高CO气体浓度增大，呈现出指数增长规律。温度在55～60℃时，CO浓度出现第1次明显剧烈的增幅，此后CO浓度保持持续快速增长，CO产生率与CO浓度表现出相类似的规律。说明此温度段是煤氧复合反应从低温缓慢氧化到加快氧化的1个转折点，即该温度段为临界温度。当温度在90～100℃时，CO浓度出现第2次明显剧烈的增幅，CO产生率也发生相类似的规律，即该温度段为干裂温度。在整个煤体自燃升温过程中CO变化规律，可良好地表征出煤自燃反应进行的程度。因此，可以把CO气体作为金凤矿煤早期自然发火的预报指标。2工作面上隅角煤自燃早期预报指标2．1工作面煤自燃参数观测在马家滩矿区金凤矿011805工作面正常开采条件下，对其现场条件以及采空区煤自燃“三带”参数统计见表2。表2金凤矿011805工作面的参数参数参数值工作面长度/m289配风量/(m3·min－1)807开采厚度/m3．85工作面面积/m21112．65平均推进速度/(m·d－1)5．4回采率/%90
预测值为73×10－6。当上隅角CO浓度值达到315×10－6时，表征采空区遗煤开始氧化自燃且温度达到临界温度，即出现高温区域。此时应立即采取防灭火措施，如措施不及时煤氧复合会自动加速上隅角CO浓度值很快达到1313×10－6，且温度将达到干裂温度。通过对不同温度阶段CO浓度的计算，可对马家滩矿区金凤矿011805工作面煤自燃程度进行定性的分析。3现场应用上述金凤矿011805工作面上隅角CO浓度预测指标进行了现场应用。对011805工作面上隅角进行日常人工取气色谱分析得出CO浓度变化规律具体统计(图2)。图2011805工作面日常上隅角CO浓度与时间关系由图2可以看出，，在日常正常回采期间，金凤矿011805工作面上隅角CO浓度保持在10×10－6左右，明显低于常温状态模型预测值。当工作面临时停采与停采回收时，由于采取了合理的防灭火措施，上隅角CO浓度最高未超过40×10－6，低于常温状态模型预测值。当地质构造和机械设备故障等原因导致工作面推进减缓时，上隅角CO浓度出现快速增加，最高达到84×10－6，超于常温状态模型预测值73×10－6，此时采用采空区注浆、注氮并加快工作面推进度等方法，上隅角CO浓度逐渐趋于正常。因此，通过现场实测工作面上隅角CO浓度变化规律与数学计算模型预测指标进行比较，验证了基于工作面上隅角CO浓度安全指标的煤自然预报技术可反应采空区煤自燃程度，并能够科学地指导金凤矿011805工作面相应的日常防灭火工作，很大程度上降低煤自然发火的概率，保障正常生产。4结论1)在自然发火模拟实验中，CO气体浓度在整个自燃过程中都与温度有很好的对应关系，并于55～60℃和90～100℃时CO气体浓度与CO产生率出现明显增加。因此，可以把CO气体作为煤早期煤自燃指标气体。2)结
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本文编号：2586410
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