基于氧同位素法的旬耀矿区原生CO辨识研究

发布时间：2018-10-21 14:56

【摘要】：煤炭自燃是煤炭开采、储运过程中存在的一种自然灾害。国内外常用指标气体分析法来预测煤自燃,其中最具广泛采用的气体为CO。但近来在国内部分矿井中发现CO气体涌出异常,而且并没有伴随煤自燃的发生,如何界定CO的来源成为了广大学者的研究重点。本文以旬耀矿区为研究对象,考察了该矿区井下CO的赋存情况,研究了该矿区煤样在不同影响因素下对CO的吸附解吸特征,同时结合氧同位素分析法,通过取井下煤岩层CO气样测定其氧同位素含量,对比实验室不同气氛下煤样升温产生CO氧同位素含量,最终分析得出旬耀矿区煤系地层存在原生CO。通过现场钻孔取样,研究了旬耀矿区煤层及岩层中的CO赋存情况。钻孔采用水力排渣,常温解吸避免了高温条件下煤氧化产生CO。对比测试了旬耀矿区不同地点煤层和顶板中的CO含量,结果表明,旬耀矿区井下煤岩层中含有CO气体但含量分布不均匀。深入研究了常温、常压下,不同粒径、不同混合气体、温度、压力及含水率等相关因素对煤样吸附CO能力和特性的影响,得出了煤样粒径影响CO吸附的规律;通过其对混合气体的吸附解吸实验,揭示了煤样对气体的吸附能力(CO2COCH4N2),阐明了旬耀矿区煤样对CO及混合气体吸附解吸能力的强弱,同时进一步分析了水分、温度和压力对煤样吸附解吸CO的作用机制。收集井下不同地点的气样,利用氧同位素测定方法测定其CO中氧同位素值。对比测试旬耀矿区煤样在不同温度和不同气氛(空气气氛和氩气气氛)条件下反应产物CO中的氧同位素值,煤氧复合反应比煤裂解反应产物CO中的氧同位素值(δ18O)轻。同时煤氧复合反应和煤裂解反应产物CO中的氧同位素值均随着温度的升高而降低,但与反应温度的影响相比,不同反应气氛对产物CO中氧同位素值的差异起决定性作用,即揭示了旬耀矿区井下工作面中CO气体主要来自于成煤过程中,属于原生CO气体。氧同位素测试表明,井下煤岩层气体中CO中的氧同位素值,更接近氩气气氛中的CO中氧同位素值,分析认为旬耀矿区井下煤岩层中含有原生CO,而非煤氧化所产生的CO。同时利用氧化升温实验,选择CO增加倍数和CO气体中氧同位素变化作为该矿区煤自燃的预测方法。本文基于旬耀矿区的成煤地质特征,借助大量的现场试验和实验室实验,分析了旬耀矿区井下CO的赋存状况;深入研究了该矿区煤样对CO的吸附解吸能力;利用氧同位素分析方法辨识该矿区井下气体CO的成因类型;最终提出了适合该矿区煤自燃预测方法。研究成果对认识煤系地层原生CO及准确预测煤自燃具有一定的指导意义。
[Abstract]:Coal spontaneous combustion is a natural disaster in the process of coal mining, storage and transportation. The commonly used index gas analysis method at home and abroad is used to predict spontaneous combustion of coal, and the most widely used gas is CO.. Recently, however, abnormal CO gas emission has been found in some mines in China, and it has not been accompanied by spontaneous combustion of coal. How to define the origin of CO has become the research focus of many scholars. In this paper, the occurrence of CO in the mining area is investigated, and the adsorption and desorption characteristics of CO in coal samples under different influence factors are studied. At the same time, the adsorption and desorption of CO by oxygen isotope analysis are also studied. The oxygen isotopic content of CO gas samples from underground coal strata is determined by comparing the CO oxygen isotopic content of coal samples heated in different atmosphere in laboratory. Finally, it is concluded that the original CO. exists in the coal measure strata of ten years Yaoyao mining area. The occurrence of CO in coal seams and strata of ten years Yaoyao mining area was studied by drilling sampling in situ. Hydraulic slag discharge is used in drilling, desorption at room temperature avoids coal oxidation to produce CO. under high temperature. The content of CO in coal seam and roof at different locations in ten years Yaoyao mining area is compared and measured. The results show that the content of CO gas in coal strata of ten years Yaoyao mining area is uneven but the content of CO is not uniform. The influence of different particle size, mixed gas, temperature, pressure and moisture content on the adsorption ability and characteristics of CO in coal samples were studied in depth, and the regularity of influence of coal particle size on CO adsorption was obtained. The adsorption and desorption ability (CO2COCH4N2) of coal sample to mixed gas is revealed through the adsorption and desorption experiment of mixed gas. The strength of adsorption and desorption ability of coal sample to CO and mixed gas in ten years Yaoyao mining area is clarified, and the moisture content is further analyzed. The effect of temperature and pressure on adsorption and desorption of CO from coal samples. The oxygen isotopes in CO were measured by oxygen isotope method. The oxygen isotopic values of the reaction product CO at different temperatures and different atmospheres (air atmosphere and argon atmosphere) were compared and tested. The oxygen isotope value (未 18 O) of the coal-oxygen composite reaction was lighter than that of the coal pyrolysis product CO. At the same time, the oxygen isotope values in CO of coals and coal pyrolysis products decreased with the increase of temperature, but different reaction atmospheres played a decisive role in the difference of oxygen isotopic values in CO products compared with the effect of reaction temperature. It is revealed that the CO gas in the coal mining face is mainly derived from the coal forming process and belongs to the primary CO gas. The oxygen isotope test shows that the oxygen isotope value of CO in underground coal and rock gas is closer to the oxygen isotope value of CO in argon atmosphere. It is considered that there is primary CO, in coal and rock strata in Jianyao mine area instead of CO. produced by coal oxidation. At the same time, the oxygen isotope change in CO gas and CO increase multiple are selected as the prediction methods of spontaneous combustion of coal in the mining area. Based on the geological characteristics of coal-forming in ten years Yaoyao mining area, the occurrence of CO in the mine is analyzed by a large number of field tests and laboratory experiments, and the adsorption and desorption ability of the coal sample to CO is studied in depth. The oxygen isotope analysis method is used to identify the origin types of underground gas CO in the mining area, and finally a prediction method suitable for coal spontaneous combustion in the mining area is put forward. The research results have certain guiding significance for recognizing the primary CO of coal measure strata and accurately predicting coal spontaneous combustion.
【学位授予单位】：中国矿业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TD752.2

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本文编号：2285447