神東北部礦區(qū)水浸煤自燃特性及火災(zāi)治理研究.pdf

1、煤自燃是煤炭工業(yè)中的主要災(zāi)害之一。影響煤自燃的因素很多，如煤化程度、煤巖成分、水分、含硫量、環(huán)境氣候等。尤其是在長(zhǎng)期水浸后煤自燃的特性變化，但關(guān)于該方面的研究很少。
　　本文采用實(shí)驗(yàn)與理論相結(jié)合的研究方法，運(yùn)用煤氧化程序升溫實(shí)驗(yàn)、煤自然發(fā)火實(shí)驗(yàn)以及煤氧化熱重-紅外聯(lián)用實(shí)驗(yàn)，對(duì)經(jīng)過(guò)水浸泡處理的神東北部礦區(qū)12煤（8.342m2/g）進(jìn)行了煤自燃特性研究，從煤氧化動(dòng)力學(xué)等方面研究了長(zhǎng)期水浸對(duì)煤自燃特性的影響；并對(duì)淺埋藏近距離煤層群開(kāi)采

2、采空區(qū)水浸煤自燃火災(zāi)進(jìn)行了有效治理。
　　通過(guò)煤氧化程序升溫實(shí)驗(yàn)，進(jìn)行了原煤及水浸煤自燃?xì)怏w產(chǎn)生規(guī)律的對(duì)比研究。研究表明：神東北部礦區(qū)12煤層水浸煤在低溫氧化階段，水分對(duì)氧氣的消耗起促進(jìn)作用，水分含量越大，耗氧速率越大；之后，水分對(duì)煤自燃起抑制作用，水分含量越高，抑制作用越強(qiáng)；在升溫氧化過(guò)程中，CO、CO2、CH4產(chǎn)生率始終隨溫度升高而增大，水浸煤的CO和CO2產(chǎn)生率高于原煤、CH4產(chǎn)生率小于原煤；煤樣中本身不含C2H4和C2H6

3、氣體，隨后在高溫階段90℃左右產(chǎn)生的C2H4和C2H6氣體主要是由于煤的高溫裂解而產(chǎn)生，水浸煤產(chǎn)生的C2H4和C2H6氣體小于原煤。
　　通過(guò)煤自然發(fā)火實(shí)驗(yàn)，進(jìn)行了水浸煤自燃氧化過(guò)程及極限參數(shù)研究。研究表明：神東北部礦區(qū)12煤層水浸煤自然發(fā)火期為19天，臨界溫度為45～55℃，干裂溫度為120～140℃；隨著煤溫升高，水浸煤的氧化升溫速率、需風(fēng)量、放熱強(qiáng)度逐漸增加；隨著浮煤厚度增加，煤自燃下限氧濃度值下降，上限漏風(fēng)強(qiáng)度增大，水浸煤

4、樣最小浮煤厚度為0.45m。
　　通過(guò)TG-FTIR實(shí)驗(yàn)，進(jìn)行了水浸煤自燃熱分析與紅外光譜特性研究。研究表明：煤樣在不同升溫速率、不同氧濃度下氧化過(guò)程熱重曲線變化趨勢(shì)相同，呈分階段特性，按升溫過(guò)程分別可分為失水失重階段、吸氧增重階段和燃燒階段；升溫速率越快，煤燃燒越慢，從貧氧到正常氧濃度范圍內(nèi)，氧濃度越高，煤燃燒越快；在同一氧濃度條件下，活化能大小隨著升溫速率的增加而增加，同一升溫速率條件下，不同氧濃度在該階段（即煤自燃的吸氧增重

5、階段）活化能變化不大。
　　在水浸煤自燃火災(zāi)治理實(shí)踐中，通過(guò)自燃環(huán)境與條件分析判斷可能的高溫范圍，通過(guò)物探、鉆探測(cè)溫以及氣體分析的方法探測(cè)火源，確定了神東北部礦區(qū)補(bǔ)連塔煤礦12煤采空區(qū)水浸遺煤自燃火區(qū)范圍。通過(guò)封堵地表漏風(fēng)裂隙、井下采煤工作面以及密閉的漏風(fēng)通道，結(jié)合采用井下注氮?dú)獾姆绞娇焖俳档土嘶饏^(qū)氧氣濃度，以注砂漿、粉煤灰漿、注膠、注三相泡沫及注液氮、液態(tài)二氧化碳等技術(shù)可治理大范圍煤層火災(zāi)。研究表明，以注砂土、粉煤灰、復(fù)合膠體、