导读：[柳塔煤矿1^-2煤层自然发火规律研究]为掌握柳塔煤矿1-2煤层的自然发火规律,实验研究了1-2煤层煤自燃特性基础参数及指标性气体,得出CO可作为1-2煤层煤自燃早期预测预报的指标性气体。现场对12201综采工作面采空区进行煤自燃三带测试,分析O2和CO 2种主要气体浓度随时间和推进度变化规律,得到以O2临界浓度为标准划分的1-2煤层煤自燃氧化带范围为从工作面向采空区深部48～150 m。

 图1 （CO、CO2变化趋势）

含硫量/%自燃倾向性等级自燃倾向性1－2煤0．950．86Ⅰ容易自燃粒50g作为实验煤样。2)实验过程。将50g粒度为0．18～0．42mm的煤样置于铜质煤样罐内，将煤样罐置于程序控温箱内，然后连接好进气气路、出气气路和温度探头，并检查气路的气密性。测试时向煤样内通入50mL/min的干空气。在程序控温箱控制下对煤样进行加热，当达到指定测试温度时，恒定温度5min后采取气样进行气体成分和浓度分析。3)指标气体分析。对1－2煤层煤样实验过程中的气体生成情况进行分析，得出其浓度变化趋势如图1、图2。图1CO、CO2变化趋势图2CH4、C2H6、C2H4、C2H2、C3H8变化趋势图从图1、图2可以看出，1－2煤层煤样在30～200℃范围的氧化过程中有规律的出现CO、CO2、CH4、C2H6、C3H8和C2H4气体，且生成量随煤温的升高基本呈指数上升趋势;而在上述温度范围内煤样没有生成C2H2气体。CO、CO2、CH43种气体均在30℃时出现，CH4的生成量相对较小，CO的生成量在低温氧化阶段较小，煤温达到70℃之后其生成量迅速增加，该温度下煤开始迅速氧化，物理吸附已经越来越弱而化学吸附和化学反应则占据主要位置。30℃时出现少量的C3H8，70℃时出现C2H6，浓度不大但随温度升高呈现有规律的变化;C2H4出现的最晚，90℃时出现并呈现出有规律的变化。C2H2在整个过程中都没有出现，说明其出现的温度高于200℃，一旦有C2H2出现则表明煤已经发生剧烈的化学反应。综上，1－2煤层应以CO作为指标性气体，并辅以C2H4、C2H2来掌握煤炭自燃情况;CO的出现说明煤已经开始发生氧化反应，C2H4?

图2（CH4、C2H6、C2H4、C2H2、C3H8变化趋势图）

等级自燃倾向性1－2煤0．950．86Ⅰ容易自燃粒50g作为实验煤样。2)实验过程。将50g粒度为0．18～0．42mm的煤样置于铜质煤样罐内，将煤样罐置于程序控温箱内，然后连接好进气气路、出气气路和温度探头，并检查气路的气密性。测试时向煤样内通入50mL/min的干空气。在程序控温箱控制下对煤样进行加热，当达到指定测试温度时，恒定温度5min后采取气样进行气体成分和浓度分析。3)指标气体分析。对1－2煤层煤样实验过程中的气体生成情况进行分析，得出其浓度变化趋势如图1、图2。图1CO、CO2变化趋势图2CH4、C2H6、C2H4、C2H2、C3H8变化趋势图从图1、图2可以看出，1－2煤层煤样在30～200℃范围的氧化过程中有规律的出现CO、CO2、CH4、C2H6、C3H8和C2H4气体，且生成量随煤温的升高基本呈指数上升趋势;而在上述温度范围内煤样没有生成C2H2气体。CO、CO2、CH43种气体均在30℃时出现，CH4的生成量相对较小，CO的生成量在低温氧化阶段较小，煤温达到70℃之后其生成量迅速增加，该温度下煤开始迅速氧化，物理吸附已经越来越弱而化学吸附和化学反应则占据主要位置。30℃时出现少量的C3H8，70℃时出现C2H6，浓度不大但随温度升高呈现有规律的变化;C2H4出现的最晚，90℃时出现并呈现出有规律的变化。C2H2在整个过程中都没有出现，说明其出现的温度高于200℃，一旦有C2H2出现则表明煤已经发生剧烈的化学反应。综上，1－2煤层应以CO作为指标性气体，并辅以C2H4、C2H2来掌握煤炭自燃情况;CO的出现说明煤已经开始发生氧化反应，C2H4出现说明煤温已达到90℃?

图3（采空区“三带”测试示意图）

图3采空区“三带”测试示意图采空区气体和煤自燃“三带”进行了观测和分析，并对工作面的推进度每天进行统计。采空区氧气浓度随时间和推进度的变化趋势如图4、图5。图4测点O2浓度随时间变化趋势从图4可知，回顺O2浓度较胶运O2浓度下降快，且呈现明显的规律性。采空区O2浓度的大小反映遗煤氧化的供氧条件，按照遗煤的自燃氧化状况，将采空区分为散热带、氧化带、窒息带［3］。目前的划分依据主要按采空区漏风风速大孝采空区温升速度与温度梯度大小和O2浓度3种方法［4］。根据柳塔煤矿具体的气体成分及参考国内外的划分依据，将1－2煤层采空区自燃“三带”以O2浓度为划分标准并描述为:自工作面向采空区深部O2浓度＞18%的范围为散热带，O2浓度在8%～18%的范围为氧化带，O2浓度＜8%的范围为窒息带［5］。按照上述划分标准，从图5可得各测点所划分的“三带”范围，见表3。图5测点O2浓度随推进度的变化表3各测点划分的“三带”范围m测点散热带氧化带窒息带胶运1#＜7373～186＞186胶运2#＜7171～182＞182回顺3#＜2323～123＞123回顺4#＜1717～118＞118由表3可知，由胶运1#和回顺3#所得氧化带范围与胶运2#和回顺4#所得氧化带范围存在偏差，为了减少偏差，将2个范围进行拟合分析。以工作面为基准线，由胶运1#和回顺3#所得氧化带范围为abcd，由胶运2#和回顺4#所得氧化带范围为ABCD;取2个范围的叠加部分为最终的氧化带范围，即aBCd。取采空区的中轴线为x轴，与氧化带范围相交，可得1－2煤层的自燃“三带”范围，如图6。1)从工作面向采空区深部0～48m的范围为散热带。2)48～150m的范围为氧化带。·32·(第44

图4（测点O2浓度随推进度的变化）

图3采空区“三带”测试示意图采空区气体和煤自燃“三带”进行了观测和分析，并对工作面的推进度每天进行统计。采空区氧气浓度随时间和推进度的变化趋势如图4、图5。图4测点O2浓度随时间变化趋势从图4可知，回顺O2浓度较胶运O2浓度下降快，且呈现明显的规律性。采空区O2浓度的大小反映遗煤氧化的供氧条件，按照遗煤的自燃氧化状况，将采空区分为散热带、氧化带、窒息带［3］。目前的划分依据主要按采空区漏风风速大孝采空区温升速度与温度梯度大小和O2浓度3种方法［4］。根据柳塔煤矿具体的气体成分及参考国内外的划分依据，将1－2煤层采空区自燃“三带”以O2浓度为划分标准并描述为:自工作面向采空区深部O2浓度＞18%的范围为散热带，O2浓度在8%～18%的范围为氧化带，O2浓度＜8%的范围为窒息带［5］。按照上述划分标准，从图5可得各测点所划分的“三带”范围，见表3。图5测点O2浓度随推进度的变化表3各测点划分的“三带”范围m测点散热带氧化带窒息带胶运1#＜7373～186＞186胶运2#＜7171～182＞182回顺3#＜2323～123＞123回顺4#＜1717～118＞118由表3可知，由胶运1#和回顺3#所得氧化带范围与胶运2#和回顺4#所得氧化带范围存在偏差，为了减少偏差，将2个范围进行拟合分析。以工作面为基准线，由胶运1#和回顺3#所得氧化带范围为abcd，由胶运2#和回顺4#所得氧化带范围为ABCD;取2个范围的叠加部分为最终的氧化带范围，即aBCd。取采空区的中轴线为x轴，与氧化带范围相交，可得1－2煤层的自燃“三带”范围，如图6。1)从工作面向采空区深部0～48m的范围为散热带。2)48～150m的范围为氧化带。·32·(第44

图5（“三带”范围分析图）

图6“三带”范围分析图3)＞150m的范围为窒息带。CO气体作为1－2煤层煤自燃的指标性气体，对其研究有着重要的意义。根据实测分析，采空区CO浓度随时间和推进度的变化趋势如图7、图8。图7测点CO浓度随时间变化趋势图8测点CO浓度随推进度的变化从图7可知，CO浓度的变化都会出现波峰，预测遗煤氧化发生在这个波峰范围之内。有学者［6］提出在神东特殊的开采条件下，采用CO浓度分布数据作为划分采空区自然发火“三带”的依据，且在部分工作面采空区进行了“三带”划分。从图8可知，CO浓度随推进度的变化并没有明显变化规律，因此采用CO浓度临界值划分柳塔煤矿1－2煤层采空区煤自燃“三带”范围结果不准确。3结论1)通过对煤样的工业分析和煤自燃倾向性的色谱吸氧法鉴定，得到柳塔煤矿1－2煤层的含硫量为0．86%，吸氧量为0．95cm3/g干煤，为I级容易自燃煤层。2)1－2煤层煤样在30～200℃范围的氧化过程中有规律的出现CO、CO2、CH4、C2H6、C3H8和C2H4气体，且生成量随煤温的升高基本呈指数上升趋势，1－2煤层自燃指标气体选取CO气体。3)通过现场布置测试系统分析，得到O2浓度随时间和推进度变化逐渐降低，而CO浓度没有比较明显的变化规律，因此1－2煤层工作面采空区煤自燃“三带”划分应以O2浓度临界值为标准，且“三带”范围是:从工作面向采空区深部0～48m的范围为散热带，48～150m的范围为氧化带，＞150m的范围为窒息带。参考文献:［1］王德明．矿井火灾学［M］．徐州:中国矿业大学出版社，2008．［2］董建立，邓五先．安一井S4101工作面采空区自燃“三带”观测及防止自然发火的措施［J］．矿业安全与环保，2006，33(4):56－58．［3］

图6（测点CO浓度随时间变化趋势）

图6“三带”范围分析图3)＞150m的范围为窒息带。CO气体作为1－2煤层煤自燃的指标性气体，对其研究有着重要的意义。根据实测分析，采空区CO浓度随时间和推进度的变化趋势如图7、图8。图7测点CO浓度随时间变化趋势图8测点CO浓度随推进度的变化从图7可知，CO浓度的变化都会出现波峰，预测遗煤氧化发生在这个波峰范围之内。有学者［6］提出在神东特殊的开采条件下，采用CO浓度分布数据作为划分采空区自然发火“三带”的依据，且在部分工作面采空区进行了“三带”划分。从图8可知，CO浓度随推进度的变化并没有明显变化规律，因此采用CO浓度临界值划分柳塔煤矿1－2煤层采空区煤自燃“三带”范围结果不准确。3结论1)通过对煤样的工业分析和煤自燃倾向性的色谱吸氧法鉴定，得到柳塔煤矿1－2煤层的含硫量为0．86%，吸氧量为0．95cm3/g干煤，为I级容易自燃煤层。2)1－2煤层煤样在30～200℃范围的氧化过程中有规律的出现CO、CO2、CH4、C2H6、C3H8和C2H4气体，且生成量随煤温的升高基本呈指数上升趋势，1－2煤层自燃指标气体选取CO气体。3)通过现场布置测试系统分析，得到O2浓度随时间和推进度变化逐渐降低，而CO浓度没有比较明显的变化规律，因此1－2煤层工作面采空区煤自燃“三带”划分应以O2浓度临界值为标准，且“三带”范围是:从工作面向采空区深部0～48m的范围为散热带，48～150m的范围为氧化带，＞150m的范围为窒息带。参考文献:［1］王德明．矿井火灾学［M］．徐州:中国矿业大学出版社，2008．［2］董建立，邓五先．安一井S4101工作面采空区自燃“三带”观测及防止自然发火的措施［J］．矿业安全与环保，2006，33(4):56－58．［3］

图7（测点 CO 浓度随推进度的变化）

图6“三带”范围分析图3)＞150m的范围为窒息带。CO气体作为1－2煤层煤自燃的指标性气体，对其研究有着重要的意义。根据实测分析，采空区CO浓度随时间和推进度的变化趋势如图7、图8。图7测点CO浓度随时间变化趋势图8测点CO浓度随推进度的变化从图7可知，CO浓度的变化都会出现波峰，预测遗煤氧化发生在这个波峰范围之内。有学者［6］提出在神东特殊的开采条件下，采用CO浓度分布数据作为划分采空区自然发火“三带”的依据，且在部分工作面采空区进行了“三带”划分。从图8可知，CO浓度随推进度的变化并没有明显变化规律，因此采用CO浓度临界值划分柳塔煤矿1－2煤层采空区煤自燃“三带”范围结果不准确。3结论1)通过对煤样的工业分析和煤自燃倾向性的色谱吸氧法鉴定，得到柳塔煤矿1－2煤层的含硫量为0．86%，吸氧量为0．95cm3/g干煤，为I级容易自燃煤层。2)1－2煤层煤样在30～200℃范围的氧化过程中有规律的出现CO、CO2、CH4、C2H6、C3H8和C2H4气体，且生成量随煤温的升高基本呈指数上升趋势，1－2煤层自燃指标气体选取CO气体。3)通过现场布置测试系统分析，得到O2浓度随时间和推进度变化逐渐降低，而CO浓度没有比较明显的变化规律，因此1－2煤层工作面采空区煤自燃“三带”划分应以O2浓度临界值为标准，且“三带”范围是:从工作面向采空区深部0～48m的范围为散热带，48～150m的范围为氧化带，＞150m的范围为窒息带。参考文献:［1］王德明．矿井火灾学［M］．徐州:中国矿业大学出版社，2008．［2］董建立，邓五先．安一井S4101工作面采空区自燃“三带”观测及防止自然发火的措施［J］．矿业安全与环保，2006，33(4):56－58．［3］