煤自燃傾向性色譜吸氧法測(cè)試實(shí)踐

盧廣銀

摘 要：煤為什么會(huì)自燃？煤炭科研工作者提出了很多學(xué)說(shuō)，其中煤氧化合作用學(xué)說(shuō)是我國(guó)比較認(rèn)同的學(xué)說(shuō)之一，該學(xué)說(shuō)認(rèn)為煤吸附氧氣后發(fā)生氧化是煤自燃的主要原因。雙氣路流動(dòng)色譜儀能夠測(cè)定煤的吸氧量的多少，從而判斷煤的自燃傾向性。通過(guò)對(duì)宏達(dá)煤礦21021采煤工作面煤炭吸氧特性參數(shù)的研究，得出21021采煤工作面煤層自燃傾向性，然后宏達(dá)煤礦結(jié)合實(shí)際采取相應(yīng)的措施對(duì)煤炭自燃現(xiàn)象進(jìn)行控制。

關(guān)鍵詞：煤炭自燃吸氧量 雙氣路流動(dòng)色譜法 煤炭自燃傾向性 測(cè)定

中圖分類號(hào)：TD75 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2017）01（b）-0073-02

宏達(dá)煤礦為鄭煤集團(tuán)公司兼并重組礦井之一，該礦21021回采工作面因長(zhǎng)期停采，從而引起煤炭自燃。煤炭為什么會(huì)自燃，煤礦科研工作者作了大量的研究和探索，提出了煤炭自燃的各種學(xué)說(shuō)，并研究制定了煤炭自燃傾向性是劃分煤炭自燃發(fā)火危險(xiǎn)性等級(jí)的指標(biāo)參數(shù)，用以判斷煤炭自燃發(fā)火危險(xiǎn)性，指導(dǎo)生產(chǎn)實(shí)踐。筆者結(jié)合宏達(dá)煤礦情況來(lái)探討煤層自燃發(fā)火危險(xiǎn)性，以便采取相應(yīng)措施，控制煤層自燃。

1 煤炭自燃機(jī)理

煤為什么會(huì)自燃？許多學(xué)者對(duì)此做了不懈地努力和探索，提出了各種各樣的煤炭自燃機(jī)理學(xué)說(shuō)，例如：黃鐵礦作用學(xué)說(shuō)、細(xì)菌作用學(xué)說(shuō)等，目前，煤礦科研工作者大多數(shù)認(rèn)同煤氧化合作用學(xué)說(shuō)，該學(xué)說(shuō)認(rèn)為煤在常溫下吸收空氣中的氧氣，并與氧氣發(fā)生物理、化學(xué)反應(yīng)，在物理、化學(xué)變化過(guò)程中釋放出熱量和初級(jí)氧化產(chǎn)物，這個(gè)過(guò)程也稱低溫氧化作用。如果儲(chǔ)存煤炭或煤層散熱不良，熱量聚積，導(dǎo)致煤層溫度上升，當(dāng)達(dá)到煤的燃點(diǎn)后，就會(huì)導(dǎo)致煤層自燃發(fā)火。

煤吸附氧氣后會(huì)發(fā)生氧化反應(yīng)，發(fā)生物理和化學(xué)變化。物理變化主要有煤炭吸收氧氣、脫附氣體、水分蒸發(fā)，煤體升溫、結(jié)構(gòu)松散等；化學(xué)變化主要有煤與氧氣發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成多種氣體，并伴隨著吸收熱量和放出熱量過(guò)程。煤炭吸收氧氣量越多，即消耗的氧氣量越多，產(chǎn)生的熱量越多，煤炭自燃發(fā)火的危險(xiǎn)性越大，故用煤炭吸氧量的多少來(lái)表示煤炭自燃傾向性的大小，煤炭自燃傾向性的大小分為Ⅲ級(jí)，Ⅰ級(jí)為易自燃煤層，Ⅱ級(jí)為自燃煤層，Ⅲ級(jí)為不易自燃煤層。煤的自燃傾向性分級(jí)用來(lái)區(qū)分和衡量不同煤層發(fā)生的危險(xiǎn)程度，也是對(duì)礦井煤層自燃發(fā)火采取不同的針對(duì)性措施進(jìn)行有效管理的主要依據(jù)。

煤在常溫常壓下吸收氧氣量的多少，符合Langmuir方程吸附規(guī)律，我國(guó)煤科總院撫順?lè)衷貉芯砍隽艘噪p氣路流動(dòng)色譜儀測(cè)定煤吸收氧氣量的多少，從而判斷煤自燃傾向性大小的方法。雙氣路流動(dòng)色譜儀測(cè)定方法是我國(guó)煤炭行業(yè)鑒定煤自燃傾向性的標(biāo)準(zhǔn)，該方法簡(jiǎn)單、實(shí)用、可靠，所以宏達(dá)煤礦采用雙氣路流動(dòng)色譜法鑒定煤自燃傾向性。

2 宏達(dá)煤礦煤炭自燃傾向性測(cè)定方法

2.1 樣品采集

根據(jù)《GB482-2008煤層煤樣采取方法》，宏達(dá)煤礦采樣時(shí)，在回采工作面煤壁首先剝?nèi)ッ簩颖砻骘L(fēng)化層，進(jìn)行平整，然后在平整過(guò)的煤層表面上取樣，取樣時(shí)由頂至底劃四條垂直頂、底極的直線，直線之間的距離取0.20 m，刻槽探度取0.05 m。在采樣點(diǎn)的底板上鋪好一塊布，使刻槽落下的煤樣都能落在鋪布上，然后將所采取的煤樣分別裝入煤樣袋內(nèi)，密封好。每個(gè)煤樣袋貼上標(biāo)簽，帶至地面實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行測(cè)定。

2.2 樣品準(zhǔn)備

將井下采取的煤樣，按照《GB474-2008煤樣的制備方法》進(jìn)行粉碎，煤樣粉碎后應(yīng)符合：（1）粒徑<0.15 mm；（2）粒徑為0.10～0.15 mm的比例大于70%；（3）測(cè)量前對(duì)煤樣進(jìn)行脫水處理。

2.3 樣品測(cè)試

世界各主要采煤國(guó)家對(duì)煤層自燃傾向性的鑒定方法和界定指標(biāo)都做了明確規(guī)定。我國(guó)現(xiàn)行的煤自燃傾向性鑒定方法是采用雙氣路流動(dòng)色譜法鑒定煤自燃傾向性，故宏達(dá)煤礦采用雙氣路流動(dòng)色譜法測(cè)定煤在低溫條件下吸附氧的能力，進(jìn)而判斷煤的自燃傾向性。我們?cè)跍y(cè)定樣品煤時(shí)，讓氧氣連續(xù)不斷地進(jìn)入待測(cè)煤樣的樣品管，當(dāng)氧氣遇到煤樣時(shí)，一部分氧氣被煤樣吸收，然后測(cè)定吸收氧氣量的多少。煤樣吸收氧氣量的多少與煤的結(jié)構(gòu)、溫度、壓力等有關(guān)，測(cè)定煤樣在恒定溫度和壓力下吸收氧氣量，恒定溫度是指常溫30 ℃條件，恒定壓力是指常壓1.0133×105 Pa條件。

2.4 吸附量計(jì)算

在樣品測(cè)試中，根據(jù)推導(dǎo)出的Langmuir吸附方程計(jì)算出吸收氧氣量。計(jì)算公式如下：

式中：為吸氧量，cm3/g；K為儀器常數(shù)；RC1為實(shí)管載氣流量，cm3/min；

RC2為空罐載氣流量，cm3/min；a1為實(shí)管時(shí)氧氣的分壓與大氣壓之比；a2為空管時(shí)氧氣的分壓與大氣壓之比；S1為實(shí)管脫附峰面積，；S2為空管脫附峰面積，；G為煤樣重量，g；為煤的真比重；為樣品管（標(biāo)準(zhǔn)態(tài)），cm3；WQ為煤樣全水份，%；校正因子K1=5Vdb/，標(biāo)準(zhǔn)樣品的吸氧量（干煤），cm3/g；為標(biāo)準(zhǔn)樣品第i次測(cè)定的吸氧量，cm3/g。

3 煤自燃傾向性測(cè)試結(jié)果

根據(jù)《煤自燃傾向性色譜吸氧鑒定法》，以每克干煤吸收氧氣量的多少作為主要指標(biāo)，以工業(yè)分析等參數(shù)作為參考指標(biāo)，確定煤的自燃傾向性。煤的自燃傾向性等級(jí)劃分為三類，如表1、表2所示。

宏達(dá)煤礦所采取煤樣按照雙氣路流動(dòng)色譜法進(jìn)行測(cè)定，其吸收氧氣量如表3所示。

將宏達(dá)煤礦測(cè)定結(jié)果與煤自燃傾向性等級(jí)分類標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行比較，確定宏達(dá)礦21021工作面自燃傾向性等級(jí)為Ⅲ級(jí)，屬于不易自燃煤層。

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)用流動(dòng)色譜吸氧法測(cè)定宏達(dá)煤對(duì)流態(tài)氧的吸附能力，確定宏達(dá)煤礦21021工作面煤層自燃等級(jí)為III級(jí)，是不易自燃煤層。此方法簡(jiǎn)單、快速、可行。測(cè)試結(jié)果與生產(chǎn)過(guò)程中發(fā)生的自燃現(xiàn)象有很好的符合性，這得益于礦井通過(guò)科學(xué)測(cè)量并認(rèn)真分析，為礦井有針對(duì)性地采取措施提供了科學(xué)依據(jù)，對(duì)有類似情況的礦井有一定的借鑒價(jià)值。

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