Vol.25 No.1 谢振华等：程序升温条件下煤炭自燃特性 13 3 结果及分析 强检测，同时测定煤体温度，计算C0温升率(106 /℃)，作出CO温度率与煤温的关系曲线.例如，姚 在实验中测定了各试样在不同温度下的CO, 桥8煤层试样C0温升率与煤温关系曲线如图3 CO2,O2,CH,CzH的浓度值 所示. 31煤炭自燃指标气体的选取 由图可知，CO温升率越大，则说明温度的变 程序升温实验中，煤氧化产生的气体产物种 化对CO的产生率影响增大，煤炭自燃发火的危 类及其与煤温的对应关系随煤质不同而异.因 险性也越大向.当CO温升率连续迅速增大时，说 此，利用气体分析法来预测预报煤炭自燃时，指 明煤开始自燃，应及时采取灭火措施，防止自燃 标气体应满足如下条件：(1)可检测性.普通色谱 的扩大切 分析仪能检测到指标气体的存在.(2)敏感性高. 40 当煤炭氧化且煤温超过一定值时，指标气体一定 出现，并随煤温的升高其产生量稳定增加.(3)规 >301 律性好.指标气体的浓度与煤温之间应有良好的 20 对应关系，并且对同一煤层重复性较好 由实验数据可知，各矿煤样在氧化过程中都 10 有规律地出现CO,CH,CH三种气体，徐庄8煤 层试样CO,CH,CH气体质量分数与煤温关系 0 0 20 406080100120140 如图2所示.CO,CH的生成量随煤温的升高而增 t/℃ 大.CH在110120℃时出现，说明此时煤氧发生 图3姚桥煤样煤温与C0温升率的关系 了较强的化学反应.C0在低温时生成量较小，但 Fig.3 Relation between coal temperature and the rate of 在7080℃时迅速增长，此时煤已开始迅速氧化. Co temperature rise for Yiaogiao coal samples CH。在30℃时就存在，在190-200℃时达到最大， 3.3耗氧速度与煤温及粒度的关系 随后开始下降.这表明CH。不完全是煤裂解和氧 由实验数据可知，随着温度的上升，O2含量 化产生，煤对CH的解吸附占很大部分.因此，大 逐渐下降.由于程序升温过程中升温速率较慢， 屯煤可采用CO作为煤炭自燃预测预报的主要指 可认为试样罐内煤体温度均相等，入口处氧气含 标气体，CH作为辅助指标气体，而CH。不能作 量为21%（质量分数），则可推导出单位体积煤的 为指标气体 平均耗氧速度为： 20 30 m=-架-=-胎号 16 2 式中，()为温度T时的煤体耗氧速度，C为氧气 20 12 质量分数，x为时间，4为试样罐内风流速度，x为 15 罐内任意-一点距试样罐入口的距离，Q为供风量， 8 CO S为试罐断面积. J 从化学动力学和化学平衡理论得知，耗氧速 CH 0儿 0 度与氧的质量分数成正比，因此，新鲜空气中耗 30 70 110 150 190 220 氧速度为： t/℃ ()=会) 图2徐庄煤样煤温与CO,C,H,CH气体含量的关系 Fig.2 Relations between coal temperature and the contents of 式中，V(T)为煤体在新鲜风流中平均耗氧速度； CO,C,H,C,H for Xuzhuang coal samples C,为新鲜风流中氧的质量分数，C。=21%.所以， 3.2C0温升率分析 n=号： C' 从实验结果可以看出，C0在30℃时就出现， 式中，C,C:分别为试罐人口和出口处氧的质量 而且随煤温的变化较大.因此，用CO来预测预报 分数，C,=21%;L为煤样高度.将实验数据代人 煤炭自燃时，应防止误报和漏报，以免造成经济 上式，可求得不同温度时的耗氧速度.耗氧速度 损失和自燃火灾.在检测到CO出现后，应继续加 与煤温的关系如图4所示.心 谢振 华等 程序 升温 条件 下 煤炭 自燃 特性 强 检 测 ， 同时测 定 煤体温度 ， 计算 温 升 率 一‘ ℃ ，作 出 温 度 率与煤 温 的关 系 曲线 例 如 ， 姚 桥 煤层 试样 温 升 率 与煤温 关 系 曲线 如图 所示 由图可 知 ， 温 升率越 大 ， 则说 明温 度 的变 化 对 的产 生 率影 响增 大 ， 煤 炭 自燃 发 火 的危 险性 也 越 大 ‘ 当 温 升 率连 续 迅 速 增 大 时 ， 说 明煤 开 始 自燃 ， 应 及 时采 取 灭 火 措施 ， 防止 自燃 的扩 大 ︵ 一护 · 甲︶、一。 公 结 果 及 分 析 在 实验 中测 定 了各试样在不 同温度下 的 ， ， ， ， 凡 的浓 度值 煤 炭 自燃 指 标气体 的选 取 程 序升 温 实验 中 ， 煤 氧化 产生 的气体产 物种 类 及 其 与煤 温 的对 应 关 系 随煤 质 不 同而 异 因 此 ， 利 用 气 体分析 法 来 预 测 预 报 煤 炭 自燃 时 ， 指 标 气体 应 满 足 如下 条件 可 检 测 性 普通 色谱 分 析仪 能检测 到 指标 气体 的存 在 敏感 性 高 当煤炭 氧化且煤温 超过 一 定值 时 ， 指 标气体一 定 出现 ， 并 随煤 温 的升 高其产 生 量 稳 定 增 加 规 律性好 指 标气体 的浓 度 与煤 温之 间应 有 良好 的 对 应关 系 ， 并且 对 同一 煤 层 重 复性 较 好 ‘ 由实验数据 可 知 ， 各矿煤样 在 氧 化 过 程 中都 有 规 律 地 出现 ， 凡 ， 践 三 种 气 体 ， 徐 庄 煤 层 试样 ， 凡 ， 凡 气体质量 分数与煤 温 关 系 如 图 所示 ， 凡 的生 成量 随煤 温 的升 高而增 大 凡 在 一 ℃ 时 出现 ， 说 明此 时 煤氧 发 生 了较强 的化学 反 应 在 低 温 时 生 成 量 较 小 ， 但 在 一 ℃ 时迅 速增 长 ， 此 时煤 已 开 始迅 速 氧化 在 ℃ 时就存在 ， 在 一 ℃ 时达 到最 大 ， 随后 开 始下 降 这 表 明 凡 不 完 全是煤 裂解 和 氧 化 产生 ， 煤对 玩 的解 吸 附 占很 大部分 因此 ， 大 屯煤 可采用 作 为煤炭 自燃 预 测 预报 的 主要 指 标 气体 ， 凡 作 为辅 助 指 标 气 体 ， 而 凡 不 能 作 为 指标 气 体 一 一 吐 生 一 二 二二 ‘ 一一 一一 一 ℃ 图 姚桥 煤样煤温与 温升率 的关 系 耗 氧 速 度 与煤 温 及 粒 度 的关 系 由实验数据 可 知 ， 随着 温 度 的上 升 ， 含 量 逐 渐 下 降 由于程 序 升 温 过 程 中升温 速 率较 慢 ， 可认为试样罐 内煤 体温 度 均 相 等 ， 入 口 处 氧气 含 量 为 质量 分数 ， 则 可 推 导 出单 位 体积 煤 的 平 均 耗 氧速 度 为 ， 、 ， 口 以 一 一二二一 一 下一一了一 一 下产一 · 产片 戈 “ 合 。石︵、叮 乙，，二且 孟，山 气‘，内︶，、 ︸︸ 巴 三 之 ︵ ， 国 叫 八 匕口 ︶工 暇 正二二碗‘ 目一 ‘ 或二二 己立工二止乙一一一 ℃ 图 徐庄 煤样 煤温 与 ， ， 残 气体 含 的关 系 · 卜 ， 玩 ， 残 址 式 中 ， 力 为温度 时 的煤体耗 氧速度 ， 为 氧气 质量 分数 ， 为 时 间 ， 为试 样罐 内风 流 速 度 ， 为 罐 内任 意一 点距试样罐 人 口 的距离 ， 为供风量 ， 为试罐 断 面积 从化 学 动 力 学 和化 学 平衡理 论得 知 ， 耗 氧速 度 与氧 的质量分数成 正 比‘ ， 因此 ， 新鲜 空 气 中耗 氧 速 度 为 、 。 一 鲁 。 式 中 ， 乃 为 煤体在 新 鲜 风 流 中平 均 耗 氧速 度 为新 鲜 风 流 中氧 的质 量 分数 ， 所 以 ， 温 升 率 分 析 从实验 结果 可 以看 出 ， 在 ℃ 时就 出现 ， 而且 随煤 温 的变化较 大 因此 ， 用 来 预测 预 报 煤 炭 自燃 时 ， 应 防止 误报 和 漏 报 ， 以 免造 成 经 济 损 失 和 自燃 火 灾 在 检测 到 出现后 ， 应 继 续 加 ， ， ， ， 口 · ， 犷 六气六 · 代二‘ · 七 ’ 式 中 ， ， 分别 为试罐人 口 和 出 口 处 氧 的质 量 分数 ， 二 为煤 样 高度 将 实验数 据代入 上 式 ， 可 求 得 不 同温 度 时 的耗 氧 速 度 耗 氧 速度 与 煤 温 的关 系 如 图 所 示