CN101206211A

CN101206211A - 一种煤自燃倾向性的测定方法

Info

Publication number: CN101206211A
Application number: CNA2007101913500A
Authority: CN
Inventors: 王德明; 仲晓星; 戚绪尧; 周福宝; 李增华
Original assignee: China University of Mining and Technology CUMT
Current assignee: China University of Mining and Technology CUMT
Priority date: 2007-12-18
Filing date: 2007-12-18
Publication date: 2008-06-25
Anticipated expiration: 2027-12-18
Also published as: CN101206211B

Abstract

一种煤自燃倾向性的测定方法，适用于煤矿煤层的自燃倾向性的定性与分类。通过测试煤样达到设定温度时煤样罐出气口的氧气浓度大小来判断煤低温氧化阶段氧化速率的快慢；通过测试交叉点温度来判断加速氧化阶段氧化速率的快慢；再通过对这两个参数进行合成计算得到煤自燃倾向性判定指数的值，煤自燃倾向性判定指数的值越小越容易自燃，越大越不容易自燃，从而有效地解决了实现综合反映煤自燃低温缓慢氧化阶段和加速氧化阶段特性的问题，提高了煤自燃倾向性的测定准确度，操作简单可靠，分类标准统一，整个测定过程只需测试两个参数，一般只需3～4h即可完成。其方法简单，操作方便，省时省力，测试结果准确，在本领域内具有广泛的实用性。

Description

一种煤自燃倾向性的测定方法

技术领域

本发明涉及一种煤自燃倾向性的测定方法，适用于煤矿煤层的自燃倾向性的定性与分类。

背景技术

煤炭自燃是我国煤矿安全生产面临的主要灾害之一，我国有自燃倾向性的煤层占开采煤层总数的79.93％，国有重点煤矿可采厚煤层的矿井基本上都存在自然发火的问题。煤自燃倾向性的测定是矿井能有效开展防灭火工作的前提。目前，煤自燃倾向性的测定方法：国外主要有绝热氧化法(美国、澳大利亚等)、高温活化能法(波兰)、交叉点温度法(印度、土耳其等)等；国内现行的测定方法是色谱吸氧法，该法以每克干煤在常温(30℃)、常压(1.0133×10⁵Pa)下的吸氧量作为主要指标对煤自燃倾向性进行分类。国外采用的绝热氧化方法测试周期较长(往往需要十几个小时甚至几十个小时)，测试条件苛刻；高温活化能法、交叉点温度法反映的是煤在较高温度(通常＞140℃)条件下的氧化自热特性，无法反映包括低温氧化阶段在内的整个氧化自燃过程。国内采用的方法存在以下不足：首先，煤对氧气的物理吸附量仅与煤的表面性质和孔隙结构有关，并不能反映出煤自燃低温缓慢氧化阶段和加速氧化的综合特性；其次，常温下煤的吸氧量并不代表参加氧化反应的氧气量，参加氧化反应的氧气量主要取决于煤结构中活性基团的种类和数目；第三，分类标准不统一，不同的可燃无灰基挥发分分类标准不一致，会因可燃无灰基挥发分在临界值允许误差范围内的波动致使倾向性测试结果严重误判。

发明内容

本发明的目的是根据已有技术存在的问题，提出一种方法简单，操作方便，定量分析，测定准确度高，耗时较短的煤自燃倾向性测定方法。

本发明的煤自燃倾向性的测定方法如下：

(1)取新鲜煤样进行破碎，筛分取颗粒直径为0.18mm～0.38m的煤样，对煤样进行干燥处理后放入煤样罐内；

(2)将煤样罐放入测试箱内，向煤样罐内通入较高稳定流量的干空气，同时将测试箱设定为40℃恒温运行；

(3)当测煤样升温达到40℃时，将较高稳定流量的干空气流量调低并保持稳定，将测试箱设定为固定速率的程序升温，同时开启与测试箱相连的数据采集器对测试箱和煤样的温度进行数据采集；

(4)用气相色谱仪测试煤样温度达到设定值时煤样罐出气口的气体，记录氧气浓度C数据，将通入煤样罐的干空气流量调整为之前的较高稳定流量；

(5)当数据采集器显示采集的煤样温度超过测试箱温度时停止数据采集，并记录数据采集器中显示的煤样交叉点温度T的值；

(6)将氧气浓度C和交叉点温度T代入下列公式计算得到煤自燃倾向性判定指数I值，

I＝40×(0.6×I_C+0.4×I_T)-300

式中：I为煤自燃倾向性判定指数；

I_{C} = \frac{100 C - 15.5}{15.5} \times 100;

I_{T} = \frac{T - 140}{140} \times 100;

I_C为煤样罐出气口氧气浓度指数；

I_T为煤在程序升温条件下交叉点温度指数；

设定煤自燃倾向性判定指数I＜600为容易自燃煤层，600≤I≤1200为自燃煤层，I＞1200为不易自燃煤层；根据计算得到的煤自燃倾向性判定指数I的值，即可确定煤的自燃倾向性。

所述放入煤样罐内的煤样干燥处理的温度控制在50℃以下；所述向煤样罐内通入较高稳定流量的干空气流量为96ml/min；较低流量为8ml/min；所述测试箱设定的固定程序升温速率为0.8℃/min；所述用气相色普仪测试煤样罐出气口气体时，煤样温度的设定值为70℃。

本发明的煤自燃倾向性的测定方法，主要通过测试煤样达到设定温度时煤样罐出气口的氧气浓度大小来判断煤低温氧化阶段氧化速率的快慢，氧气浓度越大，耗氧量越少，氧化速率越慢；通过测试交叉点温度来判断加速氧化阶段氧化速率的快慢，交叉点越低，氧化速率越快；再通过对这两个参数进行合成计算得到煤自燃倾向性判定指数的值，煤自燃倾向性判定指数的值越小越容易自燃，越大越不容易自燃。通过对代表煤自燃低温缓慢氧化阶段和加速氧化阶段的参数C和T的测试计算，有效地解决了实现综合反映煤自燃低温缓慢氧化阶段和加速氧化阶段性的问题，提高了煤自燃倾向性的测定准确度，操作简单可靠，分类标准统一。整个测定过程只需测试两个参数，一般只需3～4h即可完成。其方法简单，操作方便，省时省力，测试结果准确，在本领域内具有广泛的实用性。

具体实施方式

实施例一、采取河南义马常村矿煤样，破碎筛分后，取颗粒直径为0.18mm～0.38mm的煤样，将煤样置于40℃环境条件下进行空气干燥处理后，取50±0.1g空气于燥煤样装入煤样罐，并在煤样上方均匀覆盖一层厚度为2mm～3mm的石棉。将煤样罐放入测试箱内，以96ml/min的较高稳定流量向煤样罐内通入干空气(氧气浓度为20.96％)，同时将测试箱温度设定为40℃恒温运行。当煤样温度达到40℃时，将通入煤样罐的干空气流量调为8ml/min的较低流量并保持稳定，将测试箱设定为0.8℃/min程序升温，即测试箱在40℃恒温运行的基础上以每分钟0.8℃的温度递增，同时开启数据采集器对测试箱温度和煤样温度进行采集。然后用气相色谱仪对煤样达到设定温度70℃时的煤样罐出气口的气体，测得氧气浓度C为20.39％。气相色谱仪进样完毕后立即将通入煤样罐的较低流量的干空气流量调整为96ml/min的较高稳定流量，测试箱继续以0.8℃/min的速率程序升温。当数据采集器显示采集的煤样温度超过测试箱温度5℃时，停止数据采集，并记录煤样在程序升温条件下的交叉点温度T(即煤样温度与测箱温度相等时的温度)为148.7℃。

将氧气浓度参数C和交叉点温度T代入计算公式得到煤自燃倾向性判定指数I值，

I＝40×(0.6×I_C+0.4×I_T)-300

I＝332＜600，

根据煤氧化自燃理论，测定的氧气浓度C越大，低温氧化阶段氧化速率越慢，交叉点温度T越高，高温加速氧化阶段氧化速率越慢。因此，合成计算得到的煤自燃倾向性判定指数I的值越小越容易自燃，越大越不容易自燃。经过大量试验数据分析结果，设定煤自燃倾向性判定指数I＜600为容易自燃煤层，600≤I≤1200为自燃煤层，I＞1200为不易自燃煤层。通过计算得到的煤自燃倾向性判定指数I的大小，即可确定煤的自燃倾向性。

测定河南义马常村矿的煤为容易自燃煤层。

实施例二、采取河北邢台葛泉矿煤样，步骤和条件同实施例一，略。测得氧气浓度C为20.29％。交叉点温度T为182.7℃，将氧气浓度参数C和交叉点温度T代入计算公式得到煤自燃倾向性判定指数I值，

I＝929，600≤929≤1200，测定河北邢台葛泉矿的煤为自燃煤层。

实施例三、采取宁夏石嘴山卡布梁矿区煤样，步骤和条件同实施例一，略。测得氧气浓度C为20.72％。交叉点温度指数T为207.1℃，将氧气浓度参数C和交叉点温度T代入计算公式得到煤自燃倾向性判定指数I值，

I＝1275＞1200，测定宁夏石嘴山卡布梁矿区的煤为不易自燃煤层。

Claims

1.一种煤自燃倾向性的测定方法，其特征在于：

(1)取新鲜煤样进行破碎，筛分取颗粒直径为0.18mm～0.38mm的煤样，对煤样进行干燥处理后放入煤样罐内；

(3)当煤样升温达到40℃时，将较高稳定流量的干空气流量调低并保持稳定，将测试箱设定为固定速率的程序升温，同时开启与测试箱相连的数据采集器对测试箱和煤样的温度进行数据采集；

I＝40×(0.6×I_C+0.4×I_T)-300

式中：I为煤自燃倾向性判定指数；

I_{C} = \frac{100 C - 15.5}{15.5} \times 100;

I_{T} = \frac{T - 140}{140} \times 100;

I_c为煤样罐出气口氧气浓度指数；

I_T为煤在程序升温条件下交叉点温度指数；

2.根据权利要求1所述的煤自燃倾向性的测定方法，其特征在于：所述放入煤样罐内的煤样干燥处理的温度控制在50℃以下。

3.根据权利要求1所述的煤自燃倾向性的测定方法，其特征在于：所述向煤样罐内通入较高稳定流量的干空气流量为96ml/min；较低流量为8ml/min。

4.根据权利要求1所述的煤自燃倾向性的测定方法，其特征在于：所述测试箱设定的固定程序升温速率为0.8℃/min。

5.根据权利要求1所述的煤自燃倾向性的测定方法，其特征在于：所述用气相色谱仪测试煤样罐出气口气体时，煤样温度的设定值为70℃。