基于指标气体的煤自燃程度判定技术基础研究

煤自燃的发生和发展是一个极其复杂的动态变化过程,其实质就是一个缓慢地自动放热升温最后引起燃烧的过程。该过程的关键有两点:一是热量的自发产生;二是热量的逐渐积聚。 本文在煤化学、有机化学、物理化学的相关理论指导下,对煤氧复合三步反应模型及煤自燃指标气体的种类和特征进行分析,提出了矿井实际自燃判定指标的选择原则。 通过对煤样的热重分析实验,测定煤样的质量随温度和时间变化的规律,得出了煤自燃过程的八个特征温度。利用15吨特大型煤自然发火实验台,得出了煤自燃指标气体与特征温度的对应关系,将煤从常温自燃升至燃点温度以上的整个过程划分为9个温度段,通过气体指标对煤的自燃程度进行预报和自燃程度的判定。 采用煤自燃指标气体的吸附浓缩实验系统,通过对煤样在不同温度条件下热解放出的烃类指标气体吸附浓缩前后检测结果分析,得出自燃过程中烃类指标气体吸附浓缩规律,以及气体生成速率及吸附浓缩后链烷比与煤温的变化关系,确定煤自燃程度判定指标气体的早期检测方法,提高了检测的灵敏度和早期预报的精度,改善了现有指标气体预报的缺陷,从而为煤层自燃的准确预报提供量化的依据。 结合现场实际条件,确定了指标气体的现场检测方法及自燃危险程度判定方法,建立和完善煤层自然发火的预报指标体系,及时准确地反映自燃危险程度及其变化趋势,指导了防灭火工作。