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        低變質(zhì)煤CO 來(lái)源及防控技術(shù)研究

        2024-02-12 09:48:50王永敬師吉林秦樂(lè)靜
        煤礦安全 2024年1期

        王永敬 ,王 坤 ,陳 洋 ,師吉林 ,秦樂(lè)靜

        (1.煤炭科學(xué)研究總院,北京 100013;2.中煤科工集團(tuán)沈陽(yáng)研究院有限公司,遼寧 撫順 113122;3.煤礦安全技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,遼寧 撫順 113122;4.中國(guó)礦業(yè)大學(xué)(北京),北京 100083)

        新疆煤炭資源總量約占全國(guó)預(yù)測(cè)煤炭資源總量的40%,主要是長(zhǎng)焰煤和弱黏煤,占總量的90%,長(zhǎng)焰煤和弱黏煤屬低變質(zhì)煤種,低變質(zhì)煤種在常溫、未出現(xiàn)自然發(fā)火的條件下,工作面采空區(qū)、回風(fēng)隅角及回風(fēng)巷等重點(diǎn)區(qū)域CO 體積分?jǐn)?shù)較高,甚至超過(guò)24×10-6。若工作面推進(jìn)緩慢,工作面CO 體積分?jǐn)?shù)存在進(jìn)一步增大的趨勢(shì),不僅對(duì)礦井自然發(fā)火預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)準(zhǔn)確性產(chǎn)生嚴(yán)重影響,而且易出現(xiàn)誤報(bào)、漏報(bào)。因此開(kāi)展低變質(zhì)煤種CO 來(lái)源研究,可為低變質(zhì)煤層自燃防治提供科學(xué)依據(jù)。

        目前,關(guān)于煤自燃氧化,學(xué)者們?nèi)〉昧酥T多成果。薛冰等[1]采用脈沖量熱儀研究認(rèn)為,CO 氣體是煤氧化的全過(guò)程伴隨物,在常溫條件下,CO的產(chǎn)生是煤分子中共價(jià)鍵斷裂以后和O 直接復(fù)合產(chǎn)生,在煤氧化升溫過(guò)程中,會(huì)由于熱解、氧化作用影響,造成煤分子斷裂或結(jié)構(gòu)單元之間的橋鍵斷裂生成新的自由基,含C 自由基和O 原子結(jié)合生成CO 氣體;戚緒堯[2]認(rèn)為常溫條件下CO 的產(chǎn)生是煤體中原生和次生的活性基團(tuán)直接氧化的產(chǎn)物,隨著煤氧化升溫反應(yīng)的進(jìn)行,原生活性基團(tuán)和氧發(fā)生化學(xué)吸附,產(chǎn)生煤氧絡(luò)合物進(jìn)而分解產(chǎn)生CO,或者直接分解產(chǎn)生CO 氣體;鄧存寶等[3]通過(guò)量子化學(xué)計(jì)算,得出煤分子氧化自燃生成CO 的反應(yīng)是氧分子攻擊苯環(huán)側(cè)鏈上丙基末端上的碳原子,使苯環(huán)側(cè)鏈上丙基生成了帶醛的基團(tuán)(-CH2-CH2-COH)和水,而帶醛的基團(tuán)(-CH2-CH2-COH)繼續(xù)分解生成CO;楊廣文等[4]將原始煤層煤樣裝入密封的反應(yīng)罐中,保持一定環(huán)境溫度和壓力的條件下,分析反應(yīng)罐中的氣體組分隨時(shí)間的變化規(guī)律,發(fā)現(xiàn)CO 體積分?jǐn)?shù)隨著時(shí)間的變化不斷升高,當(dāng)達(dá)到2 200×10-6以后,就不再升高,據(jù)此驗(yàn)證該煤層工作面回風(fēng)隅角CO 主要是由原煤低溫氧化所產(chǎn)生。但是,以上的學(xué)者在開(kāi)展相關(guān)研究時(shí),鮮有全方位考慮低變質(zhì)煤CO 來(lái)源。為此,全方位考慮低變質(zhì)煤CO 來(lái)源根據(jù)其CO 產(chǎn)生來(lái)源及特性,采取有針對(duì)性的綜合防滅火技術(shù)措施,以消除自然發(fā)火隱患。

        1 工作面概況

        大南湖一礦1305 綜放工作面采用走向長(zhǎng)壁后退式采煤法,綜采放頂煤,全部垮落法管理頂板。采煤機(jī)割煤高度2.8~3.0 m,放煤高度6.7~7.2 m,采放比約1∶2.4,循環(huán)進(jìn)尺0.8 m,放煤步距0.8 m。

        工作面開(kāi)采的煤層為3#煤層,屬低變質(zhì)的褐煤,平均傾角8°,傾向200°;自燃等級(jí)為I 類容易自燃煤層,最短自然發(fā)火期為37 d,且煤塵具有爆炸性。工作面正常開(kāi)采期間,在未出現(xiàn)自然發(fā)火條件下,采空區(qū)、回風(fēng)隅角及回風(fēng)巷等地點(diǎn)CO 體積分?jǐn)?shù)較高。此外,受配套電廠用煤量影響,工作面推進(jìn)速度不均衡,在工作面推進(jìn)緩慢期間,上述地點(diǎn)CO 體積分?jǐn)?shù)有增大趨勢(shì)。

        2 低變質(zhì)煤CO 來(lái)源

        2.1 CO 賦存規(guī)律

        選擇在3#煤層未受采動(dòng)影響的區(qū)域施工4 個(gè)穿層鉆孔,待鋼管和束管鋪設(shè)好后,利用硅酸鹽水泥封孔,封孔長(zhǎng)度為10 m。其中,2 個(gè)鉆孔采用氮?dú)獯祾?5 min,2 個(gè)鉆孔采用空氣吹掃5 min。然后,每天采集孔內(nèi)氣樣,分析各鉆孔中CO 體積分?jǐn)?shù)變化規(guī)律[5-9]。穿層鉆孔施工參數(shù)見(jiàn)表1,2019-12-26—2020-01-09 鉆孔氣樣分析結(jié)果見(jiàn)表2。

        表1 鉆孔施工參數(shù)Table 1 Drilling parameters

        表2 鉆孔內(nèi)CO 分析數(shù)據(jù)Table 2 CO analysis data in boreholes

        從時(shí)間上看,各鉆孔內(nèi)CO 體積分?jǐn)?shù)呈下降趨勢(shì),采用空氣吹掃的2#和3#鉆孔CO 體積分?jǐn)?shù)比采用氮?dú)獯祾叩你@孔中CO 體積分?jǐn)?shù)高1 個(gè)數(shù)量級(jí),原因是空氣吹掃的鉆孔留存大量的氧氣,煤氧復(fù)合作用產(chǎn)生大量CO,隨著時(shí)間推移,煤氧進(jìn)程不斷向縱深發(fā)展,鉆孔施工過(guò)程中形成的活性官能團(tuán)不斷減少,CO 產(chǎn)生量也不斷減少,鉆孔內(nèi)CO體積分?jǐn)?shù)呈下降趨勢(shì)。

        此外,在鉆孔施工過(guò)程中,鉆頭與煤體高速摩擦產(chǎn)生局部高溫,在高溫下原始煤體會(huì)產(chǎn)生大量的CO,這些CO 在鉆孔施工過(guò)程中通過(guò)微小裂隙滲透到煤體深部,并可長(zhǎng)時(shí)間滯留于煤體裂隙內(nèi),盡管采用氮?dú)獯祾呷圆荒芡耆珜⑸畈苛严吨械腃O 置換出來(lái),封孔后,深部裂隙中的CO 逐步釋放到鉆孔內(nèi),因此在采用氮?dú)獯祾哌^(guò)的1#和4#鉆孔內(nèi)檢測(cè)到少量的CO。每次采集鉆孔氣樣時(shí),都會(huì)有氮?dú)庋a(bǔ)充進(jìn)去,因此,采用氮?dú)獯祾哌^(guò)的鉆孔內(nèi)CO 體積分?jǐn)?shù)也是緩慢下降的。若原始煤層中存在原生CO,依據(jù)鉆孔瓦斯徑向流動(dòng)規(guī)律,采用氮?dú)獯祾哌^(guò)的鉆孔內(nèi)CO 體積分?jǐn)?shù)會(huì)隨著時(shí)間推移逐漸升高或維持不變。因此,分析認(rèn)為大南湖一礦3#煤層鉆孔內(nèi)檢測(cè)的CO 是煤氧化產(chǎn)生的,原始煤層基本不賦存CO。

        2.2 開(kāi)采中CO 產(chǎn)生規(guī)律模擬

        2.2.1 煤無(wú)氧破碎中CO 產(chǎn)生規(guī)律

        1305 工作面大塊煤樣制作成質(zhì)量為25 g 的正方體5 個(gè),編號(hào)為1#~5#,將正方體煤樣放入充滿氮?dú)獾腪YQM-2 全封閉式煤樣粉碎測(cè)試裝置中破碎,通過(guò)破碎時(shí)間控制煤樣的粒度,1#~5#正方體煤樣破碎時(shí)間分別為0、1、2、3、4、5 min,采集該裝置內(nèi)氣樣送入GC-4085B 氣相色譜儀分析CO 體積分?jǐn)?shù),再利用ASAP2020M 型比表面積及孔徑測(cè)定儀分析破碎后煤樣的比表面積[10-14]。煤無(wú)氧破碎前后比表面積及CO 體積分?jǐn)?shù)數(shù)據(jù)見(jiàn)表3。

        表3 煤無(wú)氧粉碎前后比表面積及CO 體積分?jǐn)?shù)統(tǒng)計(jì)表Table 3 Statistical table of specific surface area and CO concentration before and after anaerobic crushing of coal

        在氮?dú)猸h(huán)境下對(duì)煤樣粉碎,僅產(chǎn)生極少量的CO,由于粉碎環(huán)境不存在氧氣,極少量的CO 是煤分子共價(jià)鍵斷裂生生成的大量官能團(tuán)、自由基相互作用產(chǎn)生的。另外,隨煤樣比表面積增加,CO 的產(chǎn)生量有一定增長(zhǎng),但總量很小。因此,低變質(zhì)煤在無(wú)氧環(huán)境下,煤樣比表面積的增加對(duì)CO的產(chǎn)生幾乎無(wú)影響。

        2.2.2 煤有氧破碎中CO 產(chǎn)生規(guī)律

        按照煤無(wú)氧破碎實(shí)驗(yàn)中煤樣制備方法,制作5 個(gè)質(zhì)量25 g 的立方體,編號(hào)為6#~10#,在常溫空氣條件下,開(kāi)展與上節(jié)相同實(shí)驗(yàn)。煤有氧破碎前后比表面積及CO 體積分?jǐn)?shù)數(shù)據(jù)見(jiàn)表4。

        表4 煤有氧破碎前后比表面積及CO 濃度統(tǒng)計(jì)表Table 4 Statistical table of specific surface area and CO concentration before and after aerobic crushing of coal

        在空氣環(huán)境中對(duì)煤樣進(jìn)行破碎,粉碎后CO 體積分?jǐn)?shù)漲幅較大,在一定范圍內(nèi),隨著粉碎時(shí)間增加,煤樣比表面積不斷增加,CO 體積分?jǐn)?shù)隨之不斷增加,原因是煤樣比表面積增加,與空氣中氧氣的接觸面積增加,發(fā)生了低溫氧化反應(yīng),從而產(chǎn)生大量的CO。煤有氧破碎中產(chǎn)生的CO 體積分?jǐn)?shù)與比表面積復(fù)合冪函數(shù)關(guān)系,煤比表面積增長(zhǎng)速率大于CO 產(chǎn)生速率,隨比表面積增加,CO產(chǎn)生量最終趨于穩(wěn)定[15]。

        3#煤層有氧破碎CO 產(chǎn)生量與比表面積擬合關(guān)系式如下:

        2.3 割煤中CO 產(chǎn)生規(guī)律

        3#煤層為變質(zhì)程度低的褐煤,當(dāng)溫度超過(guò)300 ℃后,褐煤就會(huì)出現(xiàn)大量煙霧甚至出現(xiàn)明火。在實(shí)際開(kāi)采過(guò)程中,采煤機(jī)截齒瞬間溫度可達(dá)600 ℃以上,部分煤體與截齒接觸也會(huì)產(chǎn)生瞬時(shí)300 ℃以上的高溫,但通常并不會(huì)出現(xiàn)冒煙或明火,原因是瞬時(shí)高溫沒(méi)有充足的維持時(shí)間,煤體不會(huì)出現(xiàn)煙霧或明火。因此,在產(chǎn)生煙霧或明火前的時(shí)間內(nèi),煤體本身的熱量已被風(fēng)流或防塵水帶走,煤體溫度快速降低在300 ℃以下,所以在采煤過(guò)程中一般不會(huì)出現(xiàn)冒煙或明火的現(xiàn)象。

        根據(jù)煤炭開(kāi)采的實(shí)際情況,利用程序升溫模擬開(kāi)采過(guò)程中采煤機(jī)截齒與煤體相互作用時(shí)CO 產(chǎn)生情況。煤體程序升溫模擬分為4 個(gè)階段,空氣流速為100 mL/min,采集分析時(shí)間周期為2 min。具體如下:①第1 階段:25~50 ℃,升溫速率為2.5℃/min,該過(guò)程為14 min(在現(xiàn)場(chǎng)利用紅外測(cè)溫儀檢測(cè)采煤機(jī)落煤的實(shí)際溫度在60 ℃左右,熱量迅速被風(fēng)流帶走,煤溫快速下降至井下環(huán)境溫度);②第2 階段:在60 ℃恒溫6 min;③第3 階段:60~260 ℃,升溫速率為2.5 ℃/min,該過(guò)程為80 min(褐煤達(dá)到300 ℃后,將出現(xiàn)煙霧或明火,根據(jù)經(jīng)驗(yàn)值,溫度最高升至260 ℃);④第4 階段:在260 ℃恒溫6 min。

        程序升溫過(guò)程中CO 體積分?jǐn)?shù)隨時(shí)間的變化情況如圖1。

        圖1 程序升溫過(guò)程中CO 體積分?jǐn)?shù)隨時(shí)間的變化情況Fig.1 Changes of CO concentration with time during temperature programming

        由圖1 可知:在一定溫度范圍內(nèi),空氣環(huán)境下煤程序升溫過(guò)程中CO 體積分?jǐn)?shù)隨溫度升高而增大,基本上呈線性關(guān)系;空氣流量為100 mL/min,在60 ℃左右,CO 體積分?jǐn)?shù)平均值為51×10-6;從60 ℃降至25 ℃過(guò)程中,CO 平均體積分?jǐn)?shù)為30.2×10-6。因此,在空氣環(huán)境下采煤截齒與煤體碰撞中產(chǎn)生高溫,從而使煤體發(fā)生氧化產(chǎn)生CO,并且CO 體積分?jǐn)?shù)在(30~50)×10-6范圍內(nèi)變化,這也是回風(fēng)隅角及工作面CO 經(jīng)常超限的原因之一。

        3 回風(fēng)隅角CO 來(lái)源占比分析

        非生產(chǎn)期間,1305 工作面1#~133#支架后部煤體平均溫度為26.5 ℃,生產(chǎn)期間比非生產(chǎn)期間高1 ℃,取27.5 ℃;137#、138#支架后部煤體溫度較高,非生產(chǎn)期間平均溫度為36 ℃,生產(chǎn)期間平均溫度為71.5 ℃;1305 采空區(qū)溫度在24~35 ℃之間,平均溫度為26.5 ℃。

        回風(fēng)隅角CO 體積分?jǐn)?shù)可用下式計(jì)算:

        式中:CCO為回風(fēng)隅角CO 體積分?jǐn)?shù),%;QF為回風(fēng)隅角過(guò)風(fēng)量,m3/s;qC、qH分別為采空區(qū)、支架后溜遺煤CO 產(chǎn)生速度,m3/s。

        q可用下式計(jì)算:

        式中:q為CO 產(chǎn)生速度,m3/s;kt為工作面推進(jìn)影響系數(shù),其值取工作面實(shí)際推進(jìn)速度與設(shè)計(jì)推進(jìn)速度的比值;kCO為現(xiàn)場(chǎng)調(diào)整系數(shù),一般取5 000;n0、nm分別為實(shí)驗(yàn)煤樣和現(xiàn)場(chǎng)碎煤的孔隙率,%;d0、dm分別為實(shí)驗(yàn)煤樣和現(xiàn)場(chǎng)碎煤的粒徑,m;vCO(T)為溫度為T時(shí)的CO 產(chǎn)生速率,mol/(m3·s);Vm為破碎煤體體積,m3;分別為現(xiàn)場(chǎng)碎煤區(qū)域平均氧氣體積分?jǐn)?shù)和新鮮風(fēng)流內(nèi)的氧氣體積分?jǐn)?shù),%。

        CO 產(chǎn)生速率是分析CO 實(shí)際產(chǎn)生量的關(guān)鍵參數(shù),可用下式計(jì)算:

        CO 產(chǎn)生速率隨溫度變化曲線如圖2。

        圖2 CO 產(chǎn)生速率隨溫度變化曲線Fig.2 CO production rate with temperature

        根據(jù)3#煤層煤樣程序升溫實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),并進(jìn)行擬合得到了60 ℃前后CO 產(chǎn)生速率隨溫度變化的冪函數(shù)關(guān)系式:

        60 ℃前:

        60 ℃后:

        采空區(qū)計(jì)算參數(shù):煤體碎脹系數(shù)1.35,壓實(shí)后殘余碎脹系數(shù)1.05,則平均孔隙率為0.2,采空區(qū)產(chǎn)生CO 區(qū)域?yàn)榧芎笾林舷В溲鯕怏w積分?jǐn)?shù)范圍為7.0%~20.9%,回風(fēng)隅角CO 產(chǎn)生區(qū)域的氧氣平均體積分?jǐn)?shù)為13.5%,采空區(qū)破碎煤體平均粒徑為0.15 m。

        后溜浮煤計(jì)算參數(shù):煤體碎脹系數(shù)1.35,平均孔隙率為0.35,其氧氣體積分?jǐn)?shù)范圍為20.1%~20.9%,平均氧氣體積分?jǐn)?shù)為20.5%,后溜浮煤平均粒徑為0.012 m。

        實(shí)驗(yàn)室煤樣參數(shù):粒徑0.000 15 m,氧氣體積分?jǐn)?shù)20.9%,孔隙率為0.5。

        根據(jù)1305 工作面2020 年11 月推進(jìn)度統(tǒng)計(jì)結(jié)果,工作面推進(jìn)影響系數(shù)為1.45,將以上參數(shù)代入相應(yīng)計(jì)算公式,得到了不同區(qū)域產(chǎn)生CO 體積分?jǐn)?shù)進(jìn)入回風(fēng)隅角后的分源CO 體積分?jǐn)?shù)。

        11 月增產(chǎn)前,非生產(chǎn)時(shí)期,回風(fēng)隅角區(qū)域的CO 體積分?jǐn)?shù)應(yīng)在98×10-6,生產(chǎn)時(shí)期CO 最高體積分?jǐn)?shù)在185×10-6。11 月增產(chǎn)后,非生產(chǎn)時(shí)期,回風(fēng)端頭區(qū)域的CO 體積分?jǐn)?shù)升至129×10-6左右,生產(chǎn)時(shí)期CO 體積分?jǐn)?shù)升至268×10-6,其中來(lái)源于采空區(qū)的CO 體積分?jǐn)?shù)僅占回風(fēng)隅角CO 總體積分?jǐn)?shù)的36%(非生產(chǎn)時(shí)期)、19%(生產(chǎn)時(shí)期),平均占比28%;70% 以上的CO 來(lái)源于生產(chǎn)時(shí)期架后破碎煤體,而生產(chǎn)時(shí)期的CO 的總體積分?jǐn)?shù)將由工作面產(chǎn)量來(lái)控制,產(chǎn)量越高,后部刮板輸送機(jī)運(yùn)行時(shí)間越長(zhǎng)破碎煤體被動(dòng)加熱產(chǎn)生的CO 量越大,從而導(dǎo)致回風(fēng)隅角的CO 體積分?jǐn)?shù)越高。

        4 低變質(zhì)煤自燃防控技術(shù)

        4.1 CO 復(fù)合抑制劑治理

        根據(jù)煤礦常用的阻化劑(CaCl2、NH4H2PO4、CO(NH2)2、NH4Cl、MgCl2、(NH4)2HPO4),分別開(kāi)展單一阻化劑的CO 阻化率實(shí)驗(yàn),優(yōu)選出NH4Cl、CO(NH2)2、CaCl2阻化率較高的阻化劑。然后,對(duì)上述3 種阻化劑開(kāi)展復(fù)配實(shí)驗(yàn),按照一定比例時(shí)得到最高阻化率51.71%的CO 復(fù)合抑制劑。

        為了最大發(fā)揮CO 復(fù)合抑制劑的阻化效果,大南湖一礦采用移動(dòng)式自動(dòng)噴灑系統(tǒng),在工作面進(jìn)風(fēng)巷設(shè)備列車側(cè)加置專用水箱作為CO 復(fù)合抑制劑藥箱使用,在藥箱內(nèi)溶解飽和的一氧化碳抑制劑,配成溶液并攪拌均勻,利用輸送泵及DN19 高壓軟管輸送溶液,與支架后立柱的CO 復(fù)合抑制劑噴灑系統(tǒng)相連,對(duì)支架后溜刮板機(jī)前后浮煤噴灑,抑制其低溫自燃氧化,減少CO 生成量。

        噴灑CO 復(fù)合抑制劑后,后溜浮煤表面溫度由最高24 ℃降低至7 ℃,局部區(qū)域溫度降低至3 ℃。回風(fēng)流CO 體積分?jǐn)?shù)從21×10-6降至12×10-6,回風(fēng)隅角CO 體積分?jǐn)?shù)由120×10-6降低至21×10-6。現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用效果表明,架后噴灑CO 復(fù)合抑制劑可有效降低回風(fēng)流及回風(fēng)隅角CO 體積分?jǐn)?shù)及溫度,滿足煤礦作業(yè)場(chǎng)所職業(yè)危害防治要求,保護(hù)煤礦從業(yè)人員的健康。

        4.2 冷氮防控

        利用礦井地面現(xiàn)有的注氮系統(tǒng),在1305 工作面進(jìn)風(fēng)巷串車尾部安裝1 臺(tái)氮?dú)庵评溲b置,制氮能力制冷能力1 500 m3/h,制冷溫度-30 ℃(可調(diào)),用高壓軟管連接氮?dú)夤苈罚獨(dú)饨?jīng)過(guò)冷卻后注入采空區(qū)。

        采煤工作面采用邁步后退式預(yù)埋全長(zhǎng)注氮花管并連續(xù)注氮形成氮?dú)饽粊?lái)對(duì)采空區(qū)進(jìn)行惰化降溫,注氮流量不低于864 m3/h,主要工藝如下:注氮管路埋設(shè)選用?50 mm 阻燃聚乙烯管作為注氮管路,每根注氮管路間隔1 m 布置2 個(gè)?10 mm 的氮?dú)鈹U(kuò)散孔;管路沿工作面后溜靠采空區(qū)側(cè)全斷面敷設(shè);全長(zhǎng)注氮花管埋設(shè)步距:根據(jù)采空區(qū)“三帶”測(cè)定結(jié)果及工作回采速度,正?;夭蓷l件時(shí)采空區(qū)埋設(shè)注氮管間距為50 m,回采速度較慢時(shí)采空區(qū)埋設(shè)注氮管間距為30 m,當(dāng)注氮管進(jìn)入采空區(qū)15 m 開(kāi)始注氮,進(jìn)入采空區(qū)60 m 停止注氮。

        4.3 漏風(fēng)封堵

        1)安排專人檢查地表裂縫發(fā)育情況,對(duì)較大的地表裂縫,及時(shí)回填堵漏。每周對(duì)已處理的地表裂隙區(qū)域再次檢查,對(duì)于再次發(fā)育的地表裂隙再次回填。

        2)在工作面進(jìn)回風(fēng)端頭懸掛擋風(fēng)簾,并及時(shí)拆除錨桿、錨索的托盤(pán),確保隨工作面開(kāi)采采空區(qū)頂板能夠及時(shí)垮落,避免出現(xiàn)大面積懸頂。

        3)運(yùn)輸巷聯(lián)絡(luò)巷及時(shí)封閉,并向2 道密閉間注漿充填。同時(shí),在密閉墻上下10 m 范圍噴漿封堵裂隙,以減少漏風(fēng)。

        4)及時(shí)沖洗后溜輸送機(jī)機(jī)頭電機(jī)及減速機(jī)積存的破碎煤體,并可迅速降低設(shè)備及浮煤溫度。

        4.4 效果考察

        1305 工作面回風(fēng)隅角及回風(fēng)流CO 體積分?jǐn)?shù)隨時(shí)間變化情況如圖3。

        圖3 1305 工作面回風(fēng)隅角及回風(fēng)流CO 體積分?jǐn)?shù)隨時(shí)間變化情況Fig.3 CO volume fraction change with time in 1305 working face return air corner and return air

        由圖3 可知:通過(guò)采取防治措施后,3#煤層回風(fēng)隅角CO 體積分?jǐn)?shù)得到了有效的控制,回風(fēng)流CO 體積分?jǐn)?shù)亦有明顯下降。

        5 結(jié)語(yǔ)

        1)3#原始煤層不賦存CO,CO 滲透率的特征圍壓5~7 MPa,小于該圍壓范圍,CO 壓力影響CO 滲透率效果顯著,高于該壓力區(qū)間后,CO 壓力影響CO 氣體滲透率效果微小。

        2)在無(wú)氧條件下粉碎煤樣,煤分子共價(jià)鍵斷裂生成的大量官能團(tuán)、自由基相互作用產(chǎn)生極少量CO;在有氧條件下粉碎煤樣,產(chǎn)生大量CO,隨煤樣比表面積增大,CO 體積分?jǐn)?shù)隨之增加,CO 體積分?jǐn)?shù)與比表面積復(fù)合冪函數(shù)增長(zhǎng)關(guān)系并最終趨于穩(wěn)定。

        3)在空氣環(huán)境下采煤截齒與煤體碰撞中產(chǎn)生高溫,從而使煤體發(fā)生氧化產(chǎn)生(30~50)×10-6范圍CO。

        4)回風(fēng)隅角CO 來(lái)源于采空區(qū)的CO 體積分?jǐn)?shù)僅占回風(fēng)隅角CO 總體積分?jǐn)?shù)的36%(非生產(chǎn)時(shí)期)、19%(生產(chǎn)時(shí)期),平均占比28%;70%以上的CO 來(lái)源于生產(chǎn)時(shí)期架后破碎煤體氧化。

        5)通過(guò)采取架后噴灑CO 復(fù)合抑制劑、采空區(qū)壓注冷氮及漏風(fēng)封堵等綜合防滅火措施,回風(fēng)隅角及回風(fēng)流CO 體積分?jǐn)?shù)大幅降低,滿足煤礦作業(yè)場(chǎng)所職業(yè)危害防治要求,保護(hù)煤礦從業(yè)人員的健康。

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