李付海

摘 要：為了掌握新安煤礦高濕度易自燃煤層自然發(fā)火規(guī)律，防止工作面推進(jìn)過(guò)程中發(fā)生采空區(qū)遺煤自燃，對(duì)新安煤礦3402工作面煤自燃特性基礎(chǔ)參數(shù)及自然發(fā)火指標(biāo)氣體進(jìn)行了研究。研究表明：空氣相對(duì)濕度對(duì)煤自燃有著顯著的影響?？諝庀鄬?duì)濕度越高，煤低溫氧化階段反應(yīng)強(qiáng)度越強(qiáng)，煤自燃危險(xiǎn)性越大；同時(shí)確定了CO與C2H4作為煤自燃早期預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)的指標(biāo)氣體。

關(guān)鍵詞：空氣濕度；采空區(qū)；自燃“三帶”；氧濃度

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.10.077

1 引言

煤礦生產(chǎn)最嚴(yán)重的災(zāi)害之一就是采空區(qū)的遺煤自燃，每年導(dǎo)致的直接損失和間接損失達(dá)百億元。如果對(duì)煤自燃治理不及時(shí)，很容易導(dǎo)致煤由低溫氧化階段發(fā)展到自然發(fā)火階段，甚至?xí)l(fā)生瓦斯爆炸事故，從而造成重大的人員傷亡和經(jīng)濟(jì)損失。

新安煤礦3煤層為主采煤層，大部分工作面都采用綜采放頂煤開(kāi)采技術(shù)，采空區(qū)遺煤量較大，采空區(qū)漏風(fēng)嚴(yán)重，導(dǎo)致采空區(qū)發(fā)生煤自燃發(fā)火的危險(xiǎn)性較較大[1-3]。此外，3煤層開(kāi)采深度距地表較深，煤層溫度長(zhǎng)時(shí)間處于30℃以上的高溫環(huán)境中，礦井空氣相對(duì)濕度較大。礦井空氣濕度對(duì)煤自燃有著顯著的影響[4-5]，目前國(guó)內(nèi)外的學(xué)者主要針對(duì)空氣濕度對(duì)煤自燃放熱量的影響進(jìn)行研究，而對(duì)煤自燃的特性缺乏相關(guān)研究。因此，本文研究高濕度條件下3煤層的自然發(fā)火規(guī)律，不僅可以為煤礦現(xiàn)場(chǎng)采空區(qū)遺煤自燃的治理提供指導(dǎo)理論，對(duì)煤礦現(xiàn)場(chǎng)的防滅火也具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

2 煤自燃指標(biāo)氣體的研究及分析

采用程序升溫的方法進(jìn)行指標(biāo)氣體檢測(cè)是比較常用的測(cè)試方法。通過(guò)研究高濕度條件下煤自燃指標(biāo)氣體的產(chǎn)生規(guī)律，可以為高濕度礦井煤自燃的預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)提供指導(dǎo)依據(jù)。試驗(yàn)煤樣取自棗莊礦業(yè)集團(tuán)新安煤礦3402回風(fēng)隅角，由于新安煤礦3402工作面長(zhǎng)期處于35℃的高溫環(huán)境下，空氣相對(duì)濕度達(dá)到90%以上，所取煤樣具有代表性。通過(guò)采集、密封運(yùn)至實(shí)驗(yàn)室，試驗(yàn)前，先剝?nèi)テ浔砻娴难趸瘜?，然后?duì)其進(jìn)行破碎，篩分80目粒徑煤樣500g，以50g為一組備用。試驗(yàn)時(shí)，將試驗(yàn)煤樣分別通入干空氣（相對(duì)濕度RH為0%）和相對(duì)濕度為30%、60%、100%的空氣，研究不同濕度條件下新安煤礦煤的交叉點(diǎn)溫度、耗氧量和指標(biāo)氣體產(chǎn)生結(jié)果及規(guī)律。

對(duì)新安煤礦3402工作面煤樣測(cè)試，得到不同濕度條件下CO、C2H4產(chǎn)生量與溫度的關(guān)系如圖1，圖2所示。

由圖1，圖2可以得出以下結(jié)論：

（1）新安煤礦煤氧化過(guò)程中，CO氣體濃度隨氧化溫度升高而增大，在高濕度條件下，溫度達(dá)到30℃就能產(chǎn)生CO；在煤低溫氧化階段，空氣相對(duì)濕度越大，CO產(chǎn)生量越大；CO濃度存在突變臨界溫度90℃，溫度超過(guò)90℃后，CO濃度急劇增加。

（2）不同空氣濕度條件下對(duì)C2H4的產(chǎn)生影響較大，在空氣相對(duì)濕度100%條件下，80℃就出現(xiàn)。在煤低溫氧化階段，空氣相對(duì)濕度越大，C2H4產(chǎn)生量越大。

總體來(lái)看，新安煤礦煤樣在低溫氧化過(guò)程產(chǎn)生量較大的指標(biāo)氣體，隨溫度上升濃度的增加速率也比較大；可以用CO、C2H4指標(biāo)氣體的出現(xiàn)對(duì)煤體達(dá)到的氧化溫度進(jìn)行定性判斷。

3 結(jié)論

在空氣相對(duì)濕度為100%的條件下，環(huán)境溫度達(dá)到30℃就能產(chǎn)生CO；C2H4在80℃就會(huì)出現(xiàn)。在煤低溫氧化階段，礦井相對(duì)濕度越大，CO產(chǎn)生量越大；CO存在突變臨界溫度90℃，超過(guò)90℃后，CO產(chǎn)生量迅速增大。

參考文獻(xiàn)：

[1]何啟林，王德明.綜放面采空區(qū)遺煤自然發(fā)火過(guò)程動(dòng)態(tài)數(shù)值模擬[J].中國(guó)礦業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2004，33（01）：11-14.

[2]徐精彩，文虎.綜放面采空區(qū)遺煤自燃危險(xiǎn)區(qū)域判定方法的研究[J].中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)學(xué)報(bào)，2002，32（06）：672-677.

[3]李宗翔.采空區(qū)遺煤自燃過(guò)程及其規(guī)律的數(shù)值模擬研究[J].中國(guó)安全科學(xué)學(xué)報(bào)，2005，15（06）：15-19.

[4]肖旸，李青蔚，魯軍輝.空氣相對(duì)濕度對(duì)煤自燃特性的影響研究[J].中國(guó)安全科學(xué)學(xué)報(bào)，2015，25（03）：34-40.

[5]Stott J B. Influence of moisture on the spontaneous heating of coal[J].Nature，1960，188（4744）：54-54.