油坊渠煤矿自然发火期的报告.docx

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油坊渠煤矿自然发火期的报告

报告编号：

BTAY-GRZRFH-2016-0009

检测报告

委托单位：

鄂尔多斯市油房渠煤矿

检测项目：

开采煤层最短自然发火期及标志性气体确定

取样地点：

5#煤层煤样

检测类别：

委托检测

检测日期：

2016年06月07日～2016年07月15日

市安元安全生产技术服务

注意事项

1、报告测定数据仅对当时状态或来样负责。

2、报告无测定人员、审核人员、批准人员签字无效。

3、报告未加盖测定机构“报告专用章”、“骑缝专用章”者无效。

4、未经同意，不得复制报告。

经同意复制的报告，未加盖测定机构“公章”者无效。

5、报告涂改无效。

6、若对报告有异议，应于收到报告之日起十五日向测定机构提出，逾期视为认可。

测定机构名称：

市安元安全生产技术服务

测定机构地址：

市九原区席勒办事处110国道725公里处

邮政编码：

014035

技术咨询：

0、7907657

传真：

邮箱：

btayaq163.

开采煤层最短自然发火期及标志性气体确定检测报告

委托单位

名称

鄂尔多斯市油房渠煤矿

地址

鄂尔多斯市伊金霍洛旗纳林亥镇

检测类别

委托检测

取样位置

5#煤层

样品质量

1.4吨

样品状况

块状原煤

取样人

武文俊

合同编号

BT-16-

煤样编号

MYG-16-0009

煤样粒度

0.5mm～5.0mm

取样时间

2016年06月07日

检测日期

2016年06月07日～

2016年07月15日

检测地点

煤自然发火实验室、色谱分析室

检测项目

开采煤层最短自然发火期及标志性气体确定

检测依据

《开采煤层最短自然发火期及标志性气体确定》

（Q/BTAY01-2015）

检

测

结

果

根据实验测定数据得出：

1.该煤样的自然发火期为39天。

2.CO在实验过程各阶段均出现，不宜作为该煤样的标志性气体。

3.当煤温达108.2℃临界值时，出现C2H4气体，可以作为标志性气体。

签发日期：

年月日

备注

批准：

审核：

实验：

检测用主要设备和仪器仪表一览表

序号

仪器名称

规格型号

准确度

检定证书编号

气相色谱仪

GC-4000A

±3%

化仪字第2016S0005号

煤隔热氧化自然测定装置

Φ1000mm

×1200mm

0-500℃

RY1601209

RY1601208

标准检验筛

0.15mm

0.20mm

CJILC1509167

CJILC1509168

标准

物质

12.3%/19.7%

标准

气体

L31201059

851ppm/5040ppm

CO2

0.493%/7.53%

CH4

112ppm/1080ppm

C2H4

67.5ppm

C2H6

52.6ppm

C2H2

9.32ppm

C3H8

73.6ppm

前言……………………………………………………………………………………4

1.矿井的概况…………………………………………………………………………6

1.1井田位置…………………………………………………………………………6

1.2交通情况…………………………………………………………………………6

1.3地形地貌…………………………………………………………………………6

1.4煤层、煤质特征…………………………………………………………………6

1.5煤的用途……………………………………………………………………7

2.实验系统简介………………………………………………………………………8

2.1实验用的炉体的简介……………………………………………………………8

2.2入口进气温度的控制系统……………………………………………………9

2.3入口进气流量控制系统……………………………………………………10

2.4炉子的温度检测及控制系统……………………………………………………10

2.5生成气排放及收集化验系统…………………………………………………12

3.实验容及结果…………………………………………………………………14

3.1煤样工业分析及自燃倾向性试验结果………………………………………14

3.2煤样升温氧化试验结果………………………………………………………15

3.3各传感器温度随时间的变化表………………………………………16

3.4各传感器温度随时间的变化曲线………………………………………17

4.自燃标志气体……………………………………………………………………17

5.结论………………………………………………………………………………21

6.建议………………………………………………………………………………21

7.煤矿回采工作面的煤层自燃发火的防治措施……………………………22

前言

我国煤矿煤炭自然火灾事故十分严重，全国具有自然发火危险的煤矿所占比例大、覆盖面广。

据统计，大中型煤矿中，自然发火危险程度严重或较严重的煤矿占72.9%；国有重点煤矿中，具有自然发火危险的矿井占47.3%；小型煤矿中，具有自然发火危险的矿井占85.3%；煤炭自燃引起的火灾占矿井火灾总数的90%-94%。

由于煤炭自燃，我国每年损失煤炭资源2亿吨左右，造成了巨大的煤炭资源损失，甚至引发瓦斯爆炸，造成人身伤亡，严重影响矿井的安全生产。

近年来，综采放顶煤技术得到大力的推广和应用，煤炭的产量和效益大幅度提高，但该方法冒落高度大、采空区遗留残煤多、漏风严重，使得矿井煤炭自然发火频繁发生，已成为制约矿井安全生产与进一步发展的主要因素之一。

此外，随着开采深度的增加，瓦斯含量增大，高瓦斯与易自燃共存的煤层逐渐增多，给矿井安全生产带来了更严重的隐患。

煤炭在地面储蓄和运输过程中,如露天开采的煤层以及矿山、电厂、码头、集运站、远洋运煤船舶和铁路运煤车厢等储存场所，自燃现象也普遍存在。

这不仅烧毁宝贵的煤炭资源，危害煤炭储蓄、运输设备的安全，而且造成严重的环境污染。

据报道，煤氧化后热值降低15%，气化煤的炼焦性能也被破坏。

因此，研究煤的自然发火期对防治矿井火灾具有重要意义。

综上所述，煤自然火灾严重威胁着煤炭生产和储蓄的安全，给煤矿的生产带来了极其严重的影响。

煤自燃是由于煤氧的复合作用并放出热量而引起的，取决于煤的供氧情况、氧化放热特性及散热状况。

当煤体放热速率大于散热速率时，煤体部急剧的热量使煤体温度升高，最终导致煤体自燃。

影响这一过程的关键参数有：

煤氧化热力学参数（氧化放热强度）、煤体的热物性参数（导热系数、氧化扩散系数及渗透系数）及煤氧化动力学参数（活化能及耗氧速度）。

为此，我公司利用实验的手段，将近似绝热条件下煤从常温缓慢氧化、自热升温到该煤种的燃点所需的时间计为煤层最短自然发火期。

通过气相色谱仪对产生气体成分和浓度的分析、来确认煤样自然着火的临界温度，及其最短自然发火期。

为各煤矿预防煤炭的自然发火，积极采取防治措施，以免造成不必要的损失。

研究煤炭自然发火具体实际意义:

（1）在煤矿设计采区或工作面生产前,掌握设计开采围煤层的自然发火期,比用自燃倾向鉴定结果能更准确、直观地反映煤自然发火的可能性,为设计采煤方法、制定防灭火措施提供依据,对煤矿安全生产有重要意义。

（2）在采空区管理上，掌握开采煤层的自然发火期，可以合理确定开采速度。

国有利用此确定黄泥注浆量、氮气注入量等。

（3）通过实验，可以掌握各矿煤层在自燃过程中所生成气体产物基本规律和标志性气体。

在煤自燃的基本参数准确测定的基础上，通过实验和数值模拟对煤自燃过程进行研究，能够揭示其在规律，掌握煤自燃的发生、发展过程及各种因素对煤自燃过程的影响，从而可以寻求合理的煤自燃防治方法，指导现场防灭火工作。

1.矿井的概况

1.1井田位置

油房渠煤矿位于煤田四道柳找煤区中部偏西，自治区鄂尔多斯市境，行政隶属伊金霍洛旗纳林亥镇管辖。

地理坐标为：

东经：

110°17′17″～110°18′05″

北纬：

39°35′15″～39°35′50″

1.2交通情况

油房渠煤矿对外交通较为便利，经束会川与纳淖公路相连，距离3km，经纳淖公路与包府运煤干线相连，距离15km，经包府公路可将产煤运往相距45km的市，距达拉特电厂112km，距矿井较近的铁路集装站是～神木铁路沙沙圪台车站，距离39km，有简易公路相通。

1.3地形地貌

本矿井位于鄂尔多斯高原东部，区域性分水岭“梁”南侧。

最高点位于矿区中部，海拔标高1363m，最形标高差30m左右。

区植被不发育，是典型的高原侵蚀丘陵地貌。

1.4煤层特征

井田共含可采煤层三层，其中较稳定煤层俩层，编号为4、5号煤层，不稳定煤层一层，编号为6号煤层。

各煤层厚度及层间距见钻孔揭露煤层特征一览表。

煤层号

煤层厚度（m）

可采厚度（m）

层间距（m）

可采程度

稳定

程度

最小值～最大值

平均值（点数）

3.00～3.75

27.43～34.31

大部可采

稳定

3.42（3）

30.63

1.70～2.40

14.41～17.21

全区可采

稳定

2.04（4）

15.80

0.25～0.85

0.80～0.85

采矿围零星

不稳定

0.66（4）

0.83

（2）

注：

本次检测的煤层为5#煤层。

1.5煤的用途

该矿区所产煤炭为特低硫、特低磷、低灰，高燃值的优质动力用煤，多用于电厂。

2.检测系统简介:

2.1检测炉体简介：

炉体呈圆柱形，炉体总高1.60m，其中圆柱体底部进气空间0.20m，以备充足的气体进入，保证煤发生自燃所需的氧气之用。

最大装煤高度1.20m，锥形盖高为0.20m；炉体外径1.2m，装煤径1.0m，总装煤量约1200kg。

在炉体的顶、底部分别留有0.20自由空间，以保证进、出气均匀，锥形盖顶端留有排气口；在炉体的壁上用石棉布绝热，外壁PLC控制的水作保温，防止煤体产生的热量散失。

具体的检测装置如图2-1所示：

图2-1炉体结构图

2.2入口进气温度的控制系统：

为了保证煤体自热产生的热量不散失掉，壁加铺1.0cm厚度的隔

热石绵网，防止氧化热量的散失；外壁，温度小于等于100℃时，采用PLC控制的水保温隔层，在隔层里装入可控的循环水，并使其温度随检测装置温度传感器的平均值而自动变化，温度偏差小于等于2℃，最大限度的使其装置的热量不向外界散失；在大于100℃时，采用排出的尾气进入保温层，做保温。

差值

输出

水温检测值

偏差是否在范围之内

是

进行控制调节

图2-2系统框架图

本检测还用到了如下设备仪器:

a）气相色谱仪：

具有分析O2、CO、CO2、CH4、C2H4、C2H6、C3H8、C2H2等8种气体含量的功能；氮气源应大于等于0.99999；

b）空气压缩机：

压力1.4MPa；

c）储气罐：

设计压力0.88MPa；体积1.0m³。

d）破碎机：

破碎粒度为0.5mm～3.5mm；

e）温度传感器：

测量围0℃～300℃450，精度为0.1；

f）浮子流量计：

测量围0.25m³/h～2.50m³/h，精度为0.01；

g）PLC设备：

可进行水保温层的温度显示和温度自动调节；

h）检测环境温度：

5℃～35℃；

i）检测室应设置CO报警仪；

k）采样袋、采气装置等。

2.3入口进气流量控制系统

为了使进气的流量更好的模拟煤矿采空区得实际流量，更准确的确定煤的自然发火期。

根据文献六（28），采空区及煤柱的漏风强度在0.1～0.24m/min时容易自燃发火；目前，一般认为：

V＞0.9m/min为散热带；0.9m/min≥V≥0.02m/min为自燃带；V＜0.02m/min为自窒息带。

以此依据来计算实验用煤所需的风量。

具体计算如下：

Q=V×S×0.29

式中：

Q——炉体煤所需的风量，m3/h；V——炉体的风速，m/min；

S——炉体的截面积，m2；0.29——煤的空隙率。

由此可得：

Qmin=0.02×3.14×（0.5）2×0.29×60=0.2731m3/h

Qmax=0.9×3.14×（0.5）2×0.29×60=12.2931m3/h

但为了保证煤样的氧化性，本检测风速设计为0.03～0.06m/min。

由此可得：

Qmin=0.03×3.14×（0.5）2×0.29×60=0.41m3/h

Qmax=0.06×3.14×（0.5）2×0.29×60=0.82m3/h

为了保证使其气体的流量控制在0.41m3/h≤Q≤0.82m3/h的围之，本检测采用量程为0.25m3/h≤Q≤2.5m3/h的浮子流量计。

2.4各传感器的分布情况

为了准确的检测炉体的温度，我们采用了10根SBW-pt100的温度传感器，检测炉温的温度，和1根SBW-pt100的温度传感器检测水温的温度。

具体分布情况如表2-1所示：

温度传感器

数据采集系统

上位机

图2-3炉体的温度控制系统框架图

本检测采用了SBW-pt100的温度传感器，该传感器的测温围是0～500℃，精度为0.5级，供电电压为24VDC，输出为4～20mA，该传感器具有准确检测气体的温度，并把温度信号转换为电信号，以最快的速度传送到上位机。

具体在本检测的安装位置如表2-1所示：

表2-1炉体热电偶分布表

距装煤底高度

0.2m

0.4m

0.6m

0.8m

1.0m

0.3m

0.5m

0.7m

0.9m

1.1m

热电偶测点

⑩

⑨

⑧

⑦

⑥

⑤

④

③

②

①

PLC系统又称自动逻辑控制系统，我们采用的西门子公司的S7-200的CPU226，和数字量输入模块，其中CPU有如下特点：

（1）集成的24V电源

可直接连接到传感器和变送器执行器，其中CPU226输出400mA 可用作负载电源。

（2）高速脉冲输出

具有2 路高速脉冲输出端，输出脉冲频率可达20KHz，用于控制步进电机或伺服电机，实现定位任务。

（3）通信口

CPU226有2个RS-485通信口。

支持PPI、MPI通信协议，有自由口通信能力。

（4）模拟电位器

CPU226有2个模拟电位器。

模拟电位器用来改变特殊寄存器（SMB28，SMB29）中的数值，以改变程序运行时的参数。

如定时器、计数器的预置值，过程量的控制参数。

（5）中断输入允许以极快的速度对过程信号的上升沿作出响应。

（6）EEPROM 存储器模块（选件）

可作为修改与拷贝程序的快速工具，无需编程器并可进行辅助软件归档工作。

（7）电池模块

用户数据（如标志位状态、数据块、定时器、计数器）可通过部的超级电容存储大约5天。

选用电池模块能延长存储时间到200天（10年寿命）。

电池模块插在存储器模块的卡槽中。

（8）不同的设备类型

CPU226 有2种类型CPU，具有不同的电源电压和控制电压。

（9）数字量输入/输出点

CPU226具有24个输入点和16个输出点。

（10）高速计数器

CPU226有6个30KHz的高速计数器，用于捕捉比CPU扫描频率更快的脉冲。

所以此系统能使本实验准确测量炉体的温度，以便于分析气体的成分和浓度，为准确计算自然发火期提供良好的基础。

2.5生成气排放及收集化验系统

分析各个时段排出气体的浓度和成分，对于煤自然发火期的计算是相当重要的，因为各气体成分的出现和浓度的上升，预示着煤氧化的开始、加速、结束，尤其是O2、CO、C2H4的浓度,为此我们采用了测量气体浓度和成分精度比较高的GC-4000A气相色谱仪，该仪器采用最新的控制技术，它具有微机化、高性能等特点。

它主要利用样品中各组份的沸点、极性及吸附系数的差异，使各组份在色谱柱中得到分离，并对分离的各组份进行定性、定量的分析。

（1）由于采用大屏幕点阵液晶显示技术、模块化的结构设计、独特的通信总线及严密的通信协议、智能化的系统自检软件及系统控制软件、置24位高分辨率高稳定性数据采集系统、及可置的色谱数据分析处理系统，使GC-4000A气相色谱仪具有结构简洁合理，操作方便，稳定可靠的特点。

（2）置的色谱数据分析处理系统使GC-4000A气相色谱仪更具有单机可完成图谱显示、数据分析、结果打印的独特功能。

（3）仪器配置多种通信端口（USB、RS232）可与色谱工作站连接，并完成数据分析及参数设置，提高了仪器的整体技术水平。

（4）仪器具有双气路双进样器系统，精确的刻度式气路控制阀体，具有高重现性和稳定性。

（5）大容量的FLASH及EEPROM存蓄器的采用，使数据的保存可靠。

GC-4000A色谱仪可同时检出O2、CO、CO2、CH4、C2H4、C2H6、C2H2、C3H8等气体。

外形图如图2-4所示：

图2-4GC4000A型气相色谱仪外形图

3.检测容及结果

取样地点：

鄂尔多斯市油房渠煤矿

煤层：

5#煤层

取样时间：

2016年06月07日

3.1煤样工业分析及自燃倾向性实验结果

检测煤样工业分析及自燃倾向鉴定结果参考由矿方提供的检测报告，结果见表3-1所示:

表3-1工业分析及自燃倾向等级鉴定结果

编号

工业分析（%）

全硫

St,ad

（%）

真相对

密度

dTRD

吸氧量

cm3/g干煤

自燃

倾向性

Mad

Vdaf

MYG-16-0009

15.30

8.10

40.46

0.35

1.46

0.76

Ⅰ

3.2煤样升温氧化试验结果

煤样升温氧化过程中气体产物及其浓度变化结果见表3-2。

煤样的最低与最高温度（℃）

CH4

CO2

C2H4

C2H6

C2H2

C3H8

TMIN

TMAX

（%）

（PPm）

20.1

20.2

20.63

12.32

315.26

22.7

22.4

20.62

35.26

356.37

24.9

24.4

20.62

65.28

452.36

26.4

26.1

20.61

78.36

495.62

27.6

26.8

20.59

123.26

523.61

29.3

28.4

20.58

152.36

594.36

31.2

30.2

20.57

.31

635.84

33.2

31.4

20.56

194.53

745.62

35.4

33.5

20.55

254.13

842.16

37.6

35.6

20.55

289.62

956.34

39.4

37.1

20.54

323.24

1024.26

41.9

40.6

20.52

383.13

1078.23

43.5

42.1

20.49

425.38

1227.25

45.6

45.9

20.40

547.62

1583.35

47.3

47.5

20.35

634.25

1865.24

49.5

20.26

725.34

2395.52

51.0

51.7

20.18

945.78

3216.51

53.6

54.6

20.06

1125.37

4435.82

55.4

57.9

19.95

1456.37

5326.14

57.3

61.4

19.72

1785.62

6514.61

59.4

66.3

19.48

1975.23

7624.13

62.3

72.5

19.23

2357.59

3.62

8512.34

65.1

81.3

19.01

2696.32

10.24

9614.71

68.9

89.2

18.53

3035.61

68.35

10261.74

72.5

99.6

18.34

3562.24

133.49

12392.52

76.4

108.2

17.68

4562.17

326.45

17569.56

0.56

0.23

0.45

81.2

122.6

16.35

5326.91

563.69

27598.41

5.52

3.69

1.19

87.9

141.3

15.29

6547.31

768.59

39578.16

12.37

18.62

6.37

94.6

157.5

14.36

7541.62

934.57

45236.17

28.64

48.62

19.62

104.9

173.2

13.48

10254.60

1104.75

52367.48

62.31

96.34

35.38

112.6

190.6

12.09

15785.47

1452.36

65236.17

89.52

164.52

79.62

120.5

206.5

11.43

21614.68

1782.57

84621.35

132.54

264.27

134.28

128.4

223.5

10.46

26973.13

2035.47

109632.57

192.45

357.26

.37

137.6

238.6

9.52

33957.54

2415.64

124952.23

263.27

564.72

223.64

146.6

253.8

8.39

40256.37

2849.16

145727.81

362.38

741.82

267.17

155.7

268.6

7.75

52361.15

3126.59

171254.67

423.51

951.17

457.62

165.3

285.2

6.23

63548.57

3696.74

190742.54

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