西川矿含原生CO煤层自燃预测方法研究

发布时间：2017-06-29 07:12

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【摘要】：矿井火灾是煤矿正常开采过程中的主要灾害形式之一,由于CO气体在煤自燃初期产生较早、产量较大而作为煤自燃预测的主要指标气体,但近些年来,在国内部分矿井,出现高浓度的CO气体并没有伴随煤自燃的现象,一些人认为这部分CO气体是煤成气的一种,即煤层中含有原生CO气体,目前,此观点还没有被有效证实,对于含有原生CO的煤层,CO能否作为煤自燃的指标性气体还需进行深入的研究。本文所研究的西川煤矿也出现过类似现象,研究西川煤矿CO成因类型,探讨新的煤自燃预测方法,对于煤矿安全高效生产有重要意义。本文通过探索低浓度CO和CO_2同位素的检测方法,研究了西川煤样在不同气氛(干空和惰性气体)中产物同位素值随温度升高的变化规律。CO同位素测试结果表明,不同反应气氛条件下产物CO的δ~(18)O(氧同位素值)都随温度的升高而逐渐变小,表明煤低温反应并不属于单一反应序列;而且氩气气氛中产物CO的δ~(18)O比空气气氛中的重近9‰,证明了不同反应气氛条件下产物CO的氧原子来源不同。CO_2同位素测试结果表明,不同反应气氛条件下产物CO_2的δ~(18)O随着温度的升高变化规律较为复杂,在75℃以前变化不明显,75℃以后δ~(18)O有降低—升高—再降低的特征,拐点温度分别为130℃、160℃,尤其是130℃过后,δ~(18)O突然增大,证明此时CO_2的氧原子主要来源于煤中,即达到了煤体的干裂温度。通过对西川煤矿1109回风顺槽、1111和1109工作面上隅角和气体中CO的δ~(18)O进行测试(平均为36‰),对比发现现场测试结果与空气气氛中煤氧反应的δ~(18)O差别较大,证明西川矿井的部分CO的氧元素来源于煤中。通过对西川煤矿的地质构造及沉积特征进一步分析认为,西川煤矿原生CO是在变质过程中官能团脱落形成的。西川煤矿4-2煤层顶底板皆为泥岩或泥质粉砂岩,而且煤层中氧元素含量较高,这为原生CO的形成和赋存提供了有利条件。结合西川煤矿实际情况,进一步探讨了预测西川煤自燃的相关方法。认为若在西川煤矿正常开采期间检测到C_2H_4气体出现,应该引起重视,并连续检测C_2H_4气体的浓度变化规律,同时开始检测烯烷比、R3值和CO_2中同位素值,若出现C_2H_4气体浓度不断增加,烯烷比超过0.1%,R3值大于10%,CO_2中氧同位素值小于-5‰、碳同位素值为小于-19‰,则可以肯定此时煤自燃温度已经达到70℃以上,此时应立刻停止正常生产,采取注氮、采空区注浆等方法阻止煤自燃的发生。
【关键词】：煤 同位素 低温氧化 指标气体 自燃预测
【学位授予单位】：中国矿业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TD752.2
【目录】：

• 致谢4-5
• 摘要5-6
• Abstract6-16
• 变量注释表16-17
• 1 绪论17-28
• 1.1 选题目的及意义17-18
• 1.2 国内外研究现状18-25
• 1.3 研究现状评价25-26
• 1.4 研究内容与技术路线26-28
• 2 同位素及同位素测定28-35
• 2.1 同位素含量表述28-29
• 2.2 同位素分馏效应29-31
• 2.3 同位素测试方法31-34
• 2.4 本章小结34-35
• 3 煤在不同气氛条件下低温反应产物同位素特征分析35-55
• 3.1 实验设备及实验方法35-41
• 3.2 西川煤体低温反应产物CO、CO_2气体制备41-42
• 3.3 程序升温过程中CO、CO_2浓度变化特征42-44
• 3.4 不同气氛产物CO中O~(18)同位素测试结果及分析44-49
• 3.5 煤氧化与裂解产物CO_2中C~(13)及O~(18)同位素样品测试结果分析49-53
• 3.6 本章小结53-55
• 4 西川煤矿井下气体测试与分析55-64
• 4.1 井下气体样品采集55-57
• 4.2 气体浓度及氧同位素测试57-59
• 4.3 西川煤矿CO来源分析59-63
• 4.4 本章小结63-64
• 5 西川煤矿煤自燃预测方法探讨64-73
• 5.1 西川煤矿煤自燃预测常规方法64-70
• 5.2 西川煤矿煤自燃同位素预测法70-71
• 5.3 西川煤矿现场煤自燃预测方法探讨71
• 5.4 本章小结71-73
• 6 结论及展望73-76
• 6.1 主要结论73-74
• 6.2 本文创新之处74-75
• 6.3 工作展望75-76
• 参考文献76-80
• 作者简历80-82
• 学位论文数据集82

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前3条

1 宋万新;杨胜强;蒋春林;牛杰;;含瓦斯风流条件下煤自燃产物CO生成规律的实验研究[J];煤炭学报;2012年08期

2 吕军,王建民,岳帮江,王洪波,于荣文,赵立国;三道湾子金矿床流体包裹体及稳定同位素地球化学特征[J];地质与勘探;2005年03期

3 丁悌平;稳定同位素测试技术与参考物质研究现状及发展趋势[J];岩矿测试;2002年04期

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本文编号：496988