煤自然发火的实验模拟和气体吸附的研究与应用

论文摘要

煤炭自燃严重影响着煤炭工业的发展,给煤矿企业的生产带来极大的安全隐患。为了尽可能地减少煤自燃所带来的危害和损失,有效预防煤炭自燃成为了煤矿安全生产的重中之重。通过煤炭自燃全过程的模拟有助于我们了解其发生的内在原因,从而找到合适的解决办法。煤自燃的发生和发展过程中都伴随着大量气体的产生,而且关键因素在于煤自发地产生热量,因此研究自燃煤所产生的气体及其放热性是认识煤自燃过程、寻找自燃规律、发展预测预报技术的基础。本论文主要做了煤的自燃特性和指标气体吸附分析两方面的研究。在煤自燃特性的测试中确定了煤样的指标气体,并对煤自燃的重要特性参数——放热强度进行了理论分析和实验模拟相结合的综合研究。借助大型煤自然发火实验测试台,从煤氧复合及其氧化放热两方面对煤自燃特性参数进行了定性研究和定量分析,从而很好地了解和认识了煤自燃的全过程。焦煤、贫煤和瘦煤通常以CO及其派生指标作为首选指标气体,C2H4或烯烷比为辅。因此,本论文结合煤矿实际条件最终确定了CO为主,烯烷比为辅作为西山官地煤样的指标气体。但是在通常情况下,煤自燃产生出甲烷和乙烯后煤温已经很高,为了及早发现自燃隐患,需要做煤自燃指标气体的吸附与浓缩实验,以实现提前检测、提前预报的目的。实验得出的烃类指标气体的吸附浓缩规律,以及气体吸附浓缩后烯烷比与煤温的变化关系等均可以作为煤炭自燃程度的预报指标。通过上述研究,并将实验结论用于配合西山煤电集团官地煤矿的灭火工作,取得了很好的灭火效果。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章绪论
• 1.1 煤自燃过程实验模拟研究现状
• 1.2 煤自燃早期测试技术研究现状
• 1.2.1 测温法
• 1.2.2 指标气体分析法
• 1.2.3 示踪气体法
• 1.3 课题的提出与主要研究内容
• 第二章 煤炭自燃理论
• 2.1 煤炭自燃概述
• 2.2 煤炭自燃机理
• 2.2.1 自然发火黄铁矿作用（导因）学说
• 2.2.2 自然发火细菌作用（导因）学说
• 2.2.3 自然发火酚基导因学说
• 2.2.4 煤—氧复合导因学说
• 2.3 煤炭自燃的不同阶段
• 2.4 本章小结
• 第三章 煤自然发火过程的模拟实验研究
• 3.1 实验装置
• 3.1.1 实验台原理及结构
• 3.1.2 实验台特点
• 3.1.3 实验模拟条件
• 3.2 实验步骤
• 3.2.1 煤样采集与处理
• 3.2.2 实验过程
• 3.2.3 实验数据处理及分析
• 3.3 煤样放热强度的测定和计算
• 3.3.1 煤自燃过程中各种热效应
• 3.3.2 煤氧化放热性影响因素的分析
• 3.3.3 煤放热强度的定义
• 3.3.4 煤放热强度的计算
• 3.3.5 煤放热强度的测定
• 3.4 实验结果与讨论
• 3.5 本章小结
• 第四章 煤炭自然发火的指标气体及其吸附分析方法的研究
• 4.1 煤炭自燃预报指标气体的选择
• 4.1.1 煤炭自燃早期预报指标气体
• 4.1.2 指标气体的优选原则
• 4.1.3 指标气体的应用原则
• #煤样自燃特性测试及结果'>4.2 西山矿区官地矿3^#煤样自燃特性测试及结果
• 4.2.1 实验设备
• 4.2.2 实验过程
• 4.2.3 指标气体分析
• 4.3 煤自燃指标气体吸附的实验研究
• 4.3.1 煤自燃指标气体的吸附与浓缩实验
• 4.3.2 实验结果与讨论
• 4.3.3 吸附浓缩后烯烷比与煤温的关系
• 4.4 本章小结
• 第五章 官地矿灭火过程的应用实例
• 5.1 官地煤矿的简介
• 5.2 官地矿23509 工作面概况及发火情况
• 5.2.1 工作面概况
• 5.2.2 发火经过
• 5.2.3 发火原因分析
• 5.2.4 治理思路
• 5.3 在第一次灭火中的应用
• 5.3.1 注氮后的气体检测
• 5.3.2 注氮后的气体分析
• 5.4 在第二次灭火中的应用
• 5.4.1 第二次发火的情况
• 5.4.2 注凝胶过程中的温度及气体检测
• 5.4.3 注凝胶前后的温度及气体分析
• 5.5 本章小结
• 第六章 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间发表的论文