煤层自然发火期及自然发火标志性气体指标

察哈素煤矿3号煤层自然发火标志性气体研究及其应用芮国相;王玉怀;任建军;席晓斌【摘要】In order to predict the spontaneous combustion in the No. 3 coal seam of Chahasu coal mine, 5 coal samples were selected from the coal seam and the effect of temperature rising programmed test on process of coal oxidation was studied. The rules of gases emissions such as CO, C2 H4 under different temperature were analyzed and the indicator gases were selected according to the test results. The grading pre - warning index of carbon monoxide was determined according to the actual conditions of Chahasu coal mine.%为了更好的预测预报察哈素煤矿3号煤层的自然发火，在3号煤层采集五组煤样，在实验室进行了煤的氧化升温模拟试验，得出了不同温度下 CO、C2 H4及其他气体的产生规律，对不同温度范围内 CO 浓度随温度变化进行了拟合。

根据试验结果确定了3号煤层自燃的标志性气体，同时根据察哈素煤矿井下实际，确定了3号煤层自燃分级预警的 CO 指标。

【期刊名称】《华北科技学院学报》【年(卷),期】2015(000)002【总页数】5页(P20-24)【关键词】自然发火;标志性气体;实验研究;分级预警指标【作者】芮国相;王玉怀;任建军;席晓斌【作者单位】内蒙古科技大学，矿业研究学院，内蒙古包头 014010; 国电建投内蒙古能源有限公司察哈素煤矿，内蒙古鄂尔多斯 017209;华北科技学院，北京东燕郊 101601;华北科技学院，北京东燕郊 101601;国电建投内蒙古能源有限公司察哈素煤矿，内蒙古鄂尔多斯 017209【正文语种】中文【中图分类】TD75+2.20 引言察哈素煤矿位于鄂尔多斯东胜煤田新街矿区，井田南北走向长 13.83 km，东西倾斜宽12.02 km，面积157.95 km2。

煤自然发火规律及指标气体优选研究煤自然发火规律及指标气体优选研究煤自然发火除了受环境温度、煤水分及其它因素影响外，更主要是受氧气、一氧化碳、氮气及水蒸气浓度影响，因此研究不同类型、温度及煤水分的煤自然发火规律与其指标气体优选，对煤炭储量的资源的利用及煤的聚烃分子的结构特征有着重要的意义。

为了研究不同煤样品自然发火规律及指标气体优选，我们建立了一款燃烧的煤样品检测装置，该装置具有温室实验室，火焰检测传感器，气体传感器，氢、碳、氧仪器及水分分析仪，可用来保证实验数据准确可靠。

首先，将不同煤样进行温度和水分预处理，并将其放入到燃烧室中。

在实验前先做煤的发火时间测量，当发热室内火焰温度达到400摄氏度时，即可视为自然发火。

随后使用气体传感器及氢、碳、氧仪器等设备检测燃烧室中的CO、CO2、N2浓度等指标气体，同时使用水分仪测量燃烧前后各样品的紧度水分。

经过上述分析后，形成一系列数据，可以用来得出不同煤样必然发火的规律，以及不同温度、煤水分下煤样优选指标气体的比较和研究结果。

若可以研究出不同煤样、不同温度、不同煤水分下的煤自然发火规律及指标气体优选的规律性，有助于提高煤的质量，防止煤自燃等。

除此以外，该研究还可以为煤炭储量的资源的利用和煤的聚烃分子的结构特征的研究奠定基础，有着重要的实用意义。

基于上述有关煤自然发火规律及指标气体优选研究设想，本文将在此基础上进行实验研究，并按照实验安排，以更为详细的案例记述本实验过程，以针对性地研究出煤自然发火规律及指标气体优选规律，为全面研究煤自然发火提供可行性策略。

本文实验研究釉里，将试料进行温度预处理，把不同煤范围温度下（1100，1200，1300，1400，1500）的试料放入到燃烧室中，并采用试灼法检测煤的发火时间；同时使用气体传感器及氢、碳、氧仪器等设备检测燃烧室中的CO、CO2、N2浓度等指标气体，同时使用水分仪测量燃烧前后各样品的紧度水分，以便观察多个维度的影响，深入分析不同温度下煤的燃烧行为变化规律，优选出自然发火的指标气体及相关的温度等数据。

煤层自然发火指标气体的选择方法
煤层自然发火指标气体的选择方法
一、煤层自然发火的特征概述：
1、煤层发火是一种常见的地质灾害，也是岩溶作用过程中的重要组成部分，是煤
矿安全生产的重要影响因素；
2、煤层自然发火有几种发火特征，如温度升高、膛内温度显著下降、膛内水渗变
小和有机质分解等，因而在钻井作业中常常以观测孔底水或空气中气体指标浓度变化等方法进行识别；
3、发火指标气体包括硫化氢、一氧化碳、甲烷等，可以由孔底气、孔底水和矿层
空气等多种采样媒介测产，研究表明，截至目前科学家可以确定的指标气体有几种；
二、煤层自然发火指标气体的选择：
1、硫化氢：硫化氢是煤层发火中最常用的发火指标气体之一，对煤层发火诊断具
有很重要意义；
2、一氧化碳：一氧化碳是煤层发火的重要指标气体，可以用于识别并定量分析发
火程度，一氧化碳浓度也是监测煤层发火时最为准确的参数；
3、甲烷：矿层中的甲烷气体也是发火潜能的重要指标之一，甲烷异常的出现可见
煤层的自燃潜能增加；
4、硝酸氢：硝酸氢是矿层及空气中唯一直接表明煤层发火程度的指标气体，它可
以定性分析煤层发火情况，也可以定量地给出诊断值；
5、氢气和氧气：氢气比作为一种重要的发火指标气体，可以作为煤层自然发火的
有效检测参数，它可以诊断煤层内温度、煤层发火潜能和燃烧情况；而氧气作为一种重要的后期发火指标气体，可以评估煤层发火的最终进展情况。

综上所述，煤层自然发火指标气体的选择要根据煤层发火情况的不同，选择相应的指标气体进行检测，以正确对待煤层发火的特征和趋势特征。

煤矿的安全生产将会更加安全可靠。

煤炭自然发火危险性评价指标
煤炭自然发火危险性评价是煤炭安全技术领域研究的主要内容。

煤炭自然发火危险性评价指标包括燃烧温度、煤炭引燃温度、发火速度以及易燃性等几个方面。

煤炭燃烧温度，是指煤炭在一定条件下，能够自行发生裂解，进行结构变化，释放出大量的热量，使温度达到可以点燃火药的阈值。

此外，煤炭引燃温度，也就是煤炭在加热到一定温度时会在表面发生火花四溅，并且临火药点产生爆炸。

发火速度也是煤炭自然发火伤害的重要参数，是指煤炭在燃烧时可能引发的火势的快慢程度。

高发火速度意味着热源加速攻击区域，易造成重大人员伤亡。

而易燃性则涉及煤炭结构、组成特征等多种因素，指煤炭在一定温度和气压条件下发生火花和燃烧的能力，是决定煤炭被发火的重要参数。

综上所述，煤炭自然发火危险性评价指标主要有燃烧温度、煤炭引燃温度、发火速度以及易燃性，是识别煤炭的发火特性和火情发展趋势、分析火灾产生的危险性，从而提出防范措施，实现煤炭安全使用的重要指标。

3#煤层自然发火标志气体及临界值确定王永敬【摘要】为做好综放工作面自然发火分级预警,以主采的3#煤层为研究对象,通过程序升温实验、现场测试及统计分析的方法,优选出煤层的自然发火标志气体和确定得到工作面采空区、回风隅角和回风流中CO指标临界值,并依此建立了工作面煤自然发火分级复合指标预警体系.结果表明:采空区、回风隅角和回风流中CO浓度临界值分别为242×10-6、59.6×10-6和20×10-6;各个区域建立绿(I级)、蓝(II 级)、橙(III级)和红(IV级)共4级预警响应.【期刊名称】《煤矿安全》【年(卷),期】2019(050)004【总页数】6页(P195-199,204)【关键词】综放工作面;自然发火;标志气体;临界值;预警体系【作者】王永敬【作者单位】煤炭科学研究总院,北京 100013;煤科集团沈阳研究院有限公司,辽宁沈阳 110016;煤矿安全技术国家重点实验室,辽宁抚顺 113122【正文语种】中文【中图分类】TD75+2.2煤自燃火灾是威胁煤矿安全生产的5大灾害之一[1-4]，全国近80%的开采煤层具有自燃倾向性，国有重点煤矿开采的厚煤层大部分都存在煤自然发火问题[5-6]。

每年因煤火引起的灾害事故超过4 000起，造成了重大人员伤亡和财产损失。

工作面采空区煤自燃已严重威胁着矿井安全生产。

为此《煤矿安全规程》第二百六十一条及其执行情况说明规定：“开采容易自燃和自燃煤层时，必须开展自然发火监测工作，建立自然发火监测系统，确定煤层自然发火标志气体及临界值，健全自然发火预测预报及管理制度。

”近年来，自然发火标志气体优选和临界值大多通过实验室实验利用气体分析法获得[7-10]。

而CO产生受煤层本身性质、采掘条件等因素影响，仅靠实验获得其临界值已不能准确指导现场实际生产。

新疆哈密某矿主采3#煤层，吸氧量为0.99 cm3/g，属于容易自燃煤层，存在低温易氧化等特点。

红柳林煤矿4-2煤层自然发火标志气体陕煤集团神木红柳林矿业有限公司神木 719300摘要:为了提升红柳林煤矿防灭火技术管理，建立健全煤层自燃预测预报制度，预防矿井煤层自然发火事故发生，针对红柳林煤矿4-2煤层自然发火标志气体及临界值确定展开专项技术研究分析，以期对同类条件下的矿井防灭火工作提供一定的借鉴作用。

关键词：4-2煤；自然发火标志气体；临界值；确定及分析；1引言《煤矿安全规程》（2022 年版）第二百六十一条的执行说明：标志气体，是指由于自然发火而产生或因自然发火而变化的，能够在一定程度上表征自然发火状态和发展趋势的火灾气体，主要包括 CO、烷烃气体、烯烃气体和炔烃气体等[1]。

自然发火标志气体CO的指标临界值应当根据煤层自燃具体情况通过实验研究、现场测试和统计分析进行确定；《煤矿安全规程》第一百三十五条规定的风流中CO浓度限值不超过0.0024%是职业健康指标，不是自然发火临界值，因此通过确定指标气体在不同条件下的参数能够对煤层自然发火进行早期预测预报。

2 4-2煤层自然发火标志气体指标实验室分析煤在氧化过程时要产生多种气体，且各种气体产生的最低温度，以及气体生成量和煤温之间的关系因煤氧化难易程度不同而异，其中能用来预报煤炭自然发火程度的气体称为煤炭自然发火标志气体。

煤炭开采过程中通过测试优选适用的自然发火标志气体及其指标可为煤炭自燃火灾早期预报提供必要的前提条件，同时也使得在实际开采过程中的煤炭自燃防治工作更具有针对性。

2.1实验方法通过实验仪器对煤自然发火过程进行模拟，即一定量的煤在实验条件下进行程序升温，分析各温度段气体产物的种类、浓度及煤样温度变化特性，据此优选适用的自然发火标志气体及其指标。

2.2实验设备煤自然发火标志气体实验模拟系统所需装置主要有程序升温氧化实验装置、气相色谱仪组成。

程序升温氧化实验装主要由气体质量流量控制器、程序控温箱、预热气路、铜质煤样罐、温度控制系统、数据采集与处理系统等组成。

煤层自燃程度识别分级预警温度范围和气体指标临界值分析（文虎）煤层自燃程度识别分级预警温度范围和气体指标临界值分析自燃阶段温度范围℃预警名称等级气体指标和临界值临界阶段<30~40预警初值一级R0={O2>18%?CO>50ppm}?{O2?(15%,18%)?CO>100ppm}?{O2?(12 %,15%)?CO>150ppm}{O2<12%?CO>200ppm}氧化阶段>30~40灰色预警一级R1=R0?{100×ΔCO/O2>0.2~0.3}自热阶段>50~60蓝色预警二级R2=R0?{100×ΔCO/O2>0.4~0.5}临界阶段>70~80黄色预警三级R3=R0?{100×ΔCO/O2>0.6~0.8}热解阶段>90~110橙色预警四级R4=R3?{C2H4>0}裂变阶段>130~160红色预警五级R5=R4?{k=C2H4/C2H6max}燃烧阶段>210~350黑色预警六级R6=R5?{明烟、明火}1444预警名称等级气体指标和临界值采取措施预警初值一级R0={O2>18%?CO>50ppm}?{O2?(15%,18%)?CO>100ppm}?{O2 (12%,15%)?CO>150ppm}?{O2<12%?CO>200ppm}工作面采空区指标性气体正常，一氧化碳上升是由于采空区漏风稀释作用减弱所至，非采空区煤体氧化升温，工作面采取正常推采措施，月推进度不小于90m。

黄色预警一级R1=R0?{100×ΔCO/O2>0.2~0.3}采空区煤体处于低温氧化阶段，工作面采取正常推采措施，月推进度不小于90m。

橙色预警二级R2=R0?{1 00×ΔCO/O2>0.3~0.52}采空区煤体从低温氧化阶段发展至自热阶段，工作面正常推采，月推进度不小于90m，并采取采空区注氮气、上下隅角封堵防灭火措施。

火风压：矿井发生火灾时，高温火灾气流流经的井巷内空气成分和温度生成了变化，重而导致空气减小产生的自然风压指标气体：用仪器分析和检测煤自然释放出的气体产物来预报火灾，能反映煤炭自然初期阶段特征的来作为自然发火期早期预报的气体。

自然发火期：是指有自燃倾向性的煤层自燃发火危险性的时间度来呈评价煤区自然发货性指标均压防火：就是通过通风方法降低漏风通道两侧的风压差减少漏风量从而达到防止和抑制煤自燃防灭火技术区域性反风：在多进多回的矿井中某一通风系统的进风大巷中发生火灾时调节一个或几个主通风机的反风设施实现矿井部分区域风流反向的反向方法自然发火:有自燃倾向性的煤区被开采破碎后在常温下与空气接触发生氧化产生热量是温度升高出现发火和冒烟现象火灾系数:风流经火源或自热源风流中的CO浓度增加量与Q2浓度减少量之比，作为自燃发火早期预报指标这一指标称火灾系数矿井火灾:指发生在煤矿井下或地面井口附近威胁到矿井安全生产造成损失的非控制燃烧燃烧反应的的三个特征是放热、发光，生成新物质。

燃烧必须同时满足的三个条件是燃料、助燃物和热源。

富氧燃烧的下风侧氧浓度一般体积浓度保持15%以上。

煤炭自燃的发展过程可分为_潜伏期、自热期和自然期三个阶段。

煤的自燃倾向性分为容易自然、自然和不易自然三类。

1992年《煤矿安全规程》执行说明规定煤的自燃倾向性鉴定均采用吸氧量法。

使用CO作指标气体时，可以使用CO的浓度和绝对生成量两种方式。

构成矿井火灾的三要素是生成有毒气体、引起井下风流混乱、引起瓦斯爆炸。

我国煤矿预防性灌浆的方法分为采前预灌、随采随灌、采后灌浆三种。

矿井防灭火常用的凝胶一般是水玻璃和碳酸氢铵水溶液的混合。

随采随灌分为埋管灌浆、打钻灌浆和工作面洒浆三种方式。

反风方式按范围可分为全矿井反风、区域性反风和局部反风_三种。

按照密闭墙存在的时间长短和作用，密闭墙可分为临时性仓闭、半永久性密闭和永久性密闭三种。

消灭矿井火灾的方法有直接灭火法、隔绝灭火法和综合灭火法三大类。

煤层自然发火标志气体色谱分析及指标优选方法 AQ T1019-2006ICS 13.100D 09备案号: 17333-2006 AQ中华人民共和国安全生产行业标准AQ/T 1019-2006煤层自然发火标志气体色谱分析及指标优选方法Then忧thod of 伊s chroma问~phy anaIysis and index optimizati侃 for m缸&#9><>039;k院附of spontaneous combustion of coal stratum2006-02-27 发布 2006-05-01 实施国家安全生产监督管理总局发布163AQ/T 1019-2006前言为规范煤层标志气体的优选、使用和分析，预防煤层自然发火事故，加强安全生产工作，根据有关法律法规和标准，特制定本标准。

164本标准由国家安全生产监督管理总局提出。

本标准由国家安全生产监督管理总局归口。

本标准起草单位 z煤炭科学研究总院抚顺分院.本标准主要起草人z杨宏民、罗海珠、梁运涛、牛广坷。

1 范围煤层自然发火标志气体色谱分析及指标优选方法AQ/T 1019-2006本标准规定了煤层自然发火标志气体种类、气相色谱分析技术条件和分析方法。

规定了煤层自然发火标志气体及指标优选方法。

本标准适用于煤层自然发火标志气体的气相色谱分析及预测预报指标的优选。

2 规范性引用文件下列文件中的条款通过本标准的引用而成为本标准的条款。

凡是注日期的引用文件，其随后所有的修改单(不包括勘误的内容)或修订版均不适用于本标准，然而，鼓励根据本标准达成协议的各方研究是否可使用这些文件的最新版本。

凡是不注日期的引用文件，其最新版本适用于本标准。

GB 482 煤层煤样的采集方法GB/T 5274 气体分析校准用混合气体的制备称量法MT 142 煤矿井下气体采样方法MT/T 757 煤矿自然发火束管监测系统通用技术条件3 术语和定义3.13.23.33.4本标准采用以下定义。

自然发火标志性指标气体的研究与实践摘要：随着矿井机械化程度不断提高,采掘深度与开采强度不断增大,自然发火问题愈加突出；本文基于煤-氧复合导因理论，结合现场实践，确定煤层自然发火标志气体及临界值，进行准确预测和早期预报，以达到“防患于未然”的目的。

关键词：自然发火；指标气体；预测预报高庄煤业现开采3层煤，自燃倾向性鉴定为Ⅱ类，3上煤层自然发火期为56天，3下煤层自然发火期为61天。

1矿井概况高庄煤业位于山东省济宁市微山县付村镇境内，隶属于山东能源枣庄矿业集团有限公司。

矿井始建于1992年11月，1997年10月投产，设计生产能力90万吨/年，改扩建设计能力180万吨/年，2015年12月重新核定生产能力为300万吨/年。

矿井可采煤层为：3上、3下、12下、16煤层，煤层平均厚度：3上煤层4.81m，3下煤层3.51m，12下煤层0.74m，16煤层1.13m，现采3上和3下煤层。

矿井通风方式为中央并列式，主井、副井进风，风井回风。

风井装备2台FBCDZ№29/2×500型轴流通风机，一用一备，双回路供电，电动机功率为2×500KW，主通风机额定风量8100～15300m3/min，额定负压1450～3680Pa。

2指标气体的测定煤层自燃一般要经历三个时期：潜伏期、自热期、发火期，且各个时期都要发生物理、化学变化，消耗和产生一些气体，使附近区域的空气情况发生变化，如温度升高、O2减少、CO2增多，并出现CO及烷类、烯类、炔类气体。

指标气体测试结果如表1所示。

（1）随着煤低温氧化温度上升，氧浓度下降，耗氧量增加，释放出来的气体浓度（包括原生CO2和产生的CO2）均不断上升；（2）采集煤样原始煤层基本不含有瓦斯气体（不排除少量原生瓦斯气体在测试前已经解析释放到空气中），原生煤层中含有CO2气体；（3）在煤体温度达到70-80℃的时候，开始释放出CH4气体；（4）在煤体温度达到100-110℃的时候，开始释放出乙烯（C2H4）气体；（5）在煤体温度达到130-140℃的时候，开始释放出非常少量的乙烷（C2H6）和丙烷（C3H8）气体；（6）测试过程没有检测出乙炔（C2H2）气体。