煤矿井下封闭火区气体生成及变化规律实验研究

摘要

矿井火灾是煤矿井下特别严重的灾害之一，也是瓦斯爆炸等矿井重大事故的主要诱因。我国每年因为矿井火灾及其引起的其他事故造成重大的资源浪费、环境污染和人员伤亡。因此研究矿井火灾发生以及熄灭的过程有着重大的意义。
　　本文通过自行设计改装的煤矿井下封闭火区模拟实验装置，选用西山焦煤和平朔长焰煤两种煤样分析了从煤自燃到火区封闭后熄灭的整个过程。因为气体释放是煤燃烧主要外在表现特征之一，因此本文在煤自燃阶段分别研究了程序升温和煤体自热两个阶段的气体生成变化规律及关联性。在火区封闭后熄灭阶段主要分析了几种气体的释放变化规律及关联性研究，并对适合作为观测封闭火区熄灭情况的几种指标气体应用灰色理论作与温度的关联性研究。得出以下几个主要结论：
　　(1)在煤低温氧化过程中耗氧速率在某个临界温度点之前，随着温度增加有逐渐增大的趋势，在某个临界温度点后耗氧速率跨越式增大。这说明，在煤的自燃过程中，耗氧速率伴随着煤温的增大而增高，当煤体临界温度到达某个点是时出现耗氧速率跳越是变大的现象，这个温度点是煤自燃达到剧烈阶段的临界点。
　　（2）在煤自燃20℃到500℃的过程中，煤样复合反应可能呈现阶段性，20℃—80℃、80℃—180℃、180℃—300℃、300℃—500℃。80℃左右这个温度点是煤体从缓慢氧化阶段到较为激烈氧化的过渡点，180℃左右是煤体由较为激烈氧化阶段到激烈氧化阶段的转折点，300℃左右为煤体的燃点。
　　（3）在煤低温氧化过程中CO/△O2值随温度为稳定的线性增长趋势。CO/CO2值随的增加温度在整体趋势上增大，在80℃之前CO/CO2值随温度增加平稳，80℃之后开始急剧增加。在煤低温氧化过程中CO2浓度至少是CO浓度的5倍。
　　（4）在本实验条件下，从250℃到30℃温度下降的过程中H2浓度、CO浓度、指CH4释放量，H2与CO差值都呈现指数下降的趋势。在封闭火区C2H4和C2H6的浓度随温度的降低总体为下降的趋势，在130℃左右时两种煤样C2H4的释放量已经为零，在110℃以后两种煤样C2H6释放量变为零。
　　（5）通过对两种煤样进行灰色关联性分析得出西山焦煤第一指标气体为CO，第二为H2，第三为CO/CO2值，第四为H2与CO差值，C2H4和C2H6排在最后。平朔长焰煤第一为CO/CO2值，第二为CO，第三为H2与CO差值、第四为H2，第四第五为C2H6和C2H4。

目录

声明

第一章 绪论

1.1论文选题背景及意义

1.2国内外研究现状

1.3主要研究内容及技术路线

第二章 实验部分

2.1实验煤样选取和煤质分析

2.2实验原理及实验设备

2.3实验准备和过程

第三章 煤自燃过程中气体生成规律

3.1 O2变化规律

3.2 CO和H2生成变化规律及与其他主要气体关联性研究

3.3 C2H4及C2H6生成规律及他们的关联性研究

3.4本章小结

第四章 熄灭过程中气体变化规律及灰色关联分析

4.1 H2与CO生成及变化规律及其相关性分析

4.2 CH4、C2H4、C2H6释放量随温度的变化规律及其相关性分析

4.3灰色关联性分析

4.4本章小结

第五章 结论与展望

5.1主要结论

5.2展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间主要科研成果