煤在氧化升溫過程中,會釋放出CO、CO2、烷烴、烯烴以及炔烴等指性氣體。這些氣體的産生率随煤溫上升而發生規律性的變化,能預測和反映煤自然發火狀态.CO貫穿于整個煤自然發火過程中,一般在50℃以上就可測定出來,出現時濃度較高;烷烴(乙烷、丙烷)出現的時間幾乎與CO同步,貫穿于全過程,但其濃度低于CO,而且在不同煤種中有不同的顯現規律;烯烴較CO和烷烴出現得晚,乙烯在110℃左右能被測出,是煤自然發火進程加速氧化階段的标志氣體,在開始産生時,濃度略高于炔烴氣體;炔烴出現的時間最晚,隻有在較高溫度段才出現,與前兩者之間有一個明顯的溫度差和時間差,是煤自然發火步入激烈氧化階段(也即燃燒階段)的産物。因此,在這一系列氣體中,選擇一些氣體作為指标氣體,以及準确檢測,就能可靠判斷自然發火的征兆和狀态。
目前,國内外可作為煤自然發指标氣體主要有CO、C2H6、CH4、C2H4、C2H2、△O2(△O2為氧氣消耗量)等及其生成的輔助性指标。
1)随着煤種的不同,煤自然發火氧化階段(緩慢氧化階段、加速氧化階段、激烈氧化階段)的溫度範圍、氣體産物和特性都不同。
2)各煤種從緩慢氧化階段的氣體産物優選為靈敏指标的為:褐煤、長焰煤、氣煤、肥煤以烯烴或烷比為首選,以CO及其派生的指标為輔,而焦煤、貧煤和瘦煤則以CO及其派生的指标為首選,C2H4或烯烷比為輔;無煙煤和高硫煤唯一依據是CO及其派生指标。
3)C2H4可用于氣體分析法中表征低變質程度煤着火征兆的靈敏指标,同時也可以作為判斷煤自然發火熄滅程度的指标;C2H4/C2H2比值可以更準确地表征煤着火溫度的最高溫度點,結合其他參數可用于判斷着火前的時間。
因此,必須充分認識到CO并非唯一的煤自然發火氣體指标。它還有許多不足:檢測溫度範圍極寬;CO産生量同煤溫之間的關系不明确,特别是在現場複雜條件下,受風流、煤體原生氣體組分、測點選擇及生産過程等因素影響,難以确定煤氧化自燃的發展階段,使預測預報的準确率和精度降低。
通過對指标氣體進行監測,可以預報煤炭自燃,一旦出現指标氣體超出臨界值,要及時采取措施,向自燃煤層灌注防滅火材料,防止煤炭繼續自燃。可以采用徐州吉安礦業科技有限公司聯合中國礦業大學研發的普瑞特防滅火材料。
普瑞特防滅火新技術集氮氣、凝膠、三相泡沫、阻化劑等防滅火技術優點于一體,生成的凝膠以泡沫為載體向火區的中、高位火點堆積擴散,所到之處凝膠均能有效覆蓋黏附浮煤裂隙,對火區煤體吸熱降溫并持久保持煤體濕潤冷卻,同時有效封堵漏風通道;材料添加劑中含有的阻化劑能長久對煤體阻化,防治煤體氧化升溫;泡沫中的水固結在凝膠體内,避免泡沫易潰漿的缺點;泡沫中的氮氣緩慢釋放,避免了單獨注氮時氮氣容易散失的缺點,持久保持火區的惰化。
在煤自燃的研究中,指标性氣體對預防和判斷煤自燃有重要意義。煤自然發火一般都要經曆從緩慢氧化到加速氧化直至激烈氧化的階段,針對不同階段所采取的防滅火措施應該是不同的。
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