CN106812525A - 一种基于氧同位素检测的采空区co来源辨识方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于氧同位素检测的采空区CO来源辨识方法，先通过煤样的煤氧复合反应后得到不同温度下煤氧复合反应产物CO的δ18O；然后钻孔抽采得出实测稳定的δ18O与煤样进行煤绝氧反应后得出的CO的δ18O，取平均值得出最终的煤层原生CO气体δ18O；然后根据取气样测试CO的δ18O与原生CO气体δ18O相比，得出不同情况，最终根据不同情况下，检测的浓度值是否超过设定的临界浓度值对煤矿进行煤体自燃的预测工作。能够分辨并得出煤层CO气体中煤氧化生成的CO与原生CO的比重，从而可提高采用CO气体浓度进行煤炭自燃预测的准确性，避免产生不必要的防火措施，节约人力物力财力上的资源。
Description
技术领域
本发明涉及一种煤层气体来源辨识的方法，具体是一种基于氧同位素检测的采空区CO来源辨识方法。
背景技术
煤炭自燃是煤炭开采、储运过程中存在的一种自然灾害。由于煤炭从自热升温到自燃这个过程中，会产生多种气体，因此国内外常用指标气体分析法来预测煤自燃，其中最具广泛采用的气体为CO。但近来在国内部分矿井中发现CO气体涌出异常，而且并没有伴随煤自燃的发生，如何界定CO的来源成为了广大学者的研究重点。
在中国部分矿井，如宁夏煤业灵新煤矿、旬耀矿区西川煤矿、开滦矿区东欢坨煤矿、靖远煤业大水头煤矿、大同矿区塔山煤矿、大雁矿区大雁二矿、内蒙古风水沟煤矿等，这些矿井在煤层正常开采时，在工作面及上隅角经常检测到浓度异常的CO气体，但测试发现采空区煤体温度并不高，未出现任何煤体自燃征兆，这说明CO气体并不是煤炭自热产生的，而有可能伴生在煤系地层中，随生产过程从煤系地层释放出来。这些原生CO气体的存在对煤矿准确预测及预报煤炭自燃火灾的工作造成很大影响，经常会因为将原生CO误认为煤炭早期自燃的产物，进而采取了不必要的防火措施，造成了人力物力财力上的浪费，对煤矿的安全生产造成了一定的影响。因此，急需一种准确探测矿井原生CO赋存的新方法。
发明内容
针对上述现有技术存在的问题，本发明提供一种基于氧同位素检测的采空区CO来源辨识方法，能够分辨并得出煤层CO气体中煤氧化生成的CO与原生CO的比重，从而可提高采用CO气体浓度进行煤炭自燃预测的准确性，避免产生不必要的防火措施，节约人力物力财力上的资源。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种基于氧同位素检测的采空区CO来源辨识方法，具体步骤为：
(1)在煤矿中取煤样真空脱附48h后，将部分煤样进行煤氧复合反应后其产生的CO气体进行氧同位素组成测试，即δ18O测试，最终得到不同温度下煤氧复合反应产物CO的δ18O；所述的煤氧复合反应即为在干空气气氛中对煤样进行程序升温；
(2)在煤矿煤层中钻设一抽采钻孔，对该抽采钻孔进行封孔连接抽采管路进行抽采，然后每隔1天通过抽采管路取气样进行CO气体的δ18O测试，直至δ18O稳定不变；此时由于施工进入煤层内的外来CO气体已被排出，稳定的δ18O即为煤层原生CO的氧同位素组成；
(3)对步骤(1)中另一部分煤样进行煤绝氧反应后其产生的CO气体进行氧同位素组成测试，即δ18O测试，最终得到煤绝氧反应产物CO的δ18O；然后将该δ18O与步骤(2)得到的δ18O进行对照，由于煤层中CO和绝氧反应生成的CO中的O均来源于成煤时期，故两种CO气体δ18O理论相等，但受到各种外在因素干扰，两者的实际测量值会有不同，为了减少误差，取两者平均值确定为最终的煤层原生CO气体δ18O，记为A；所述煤绝氧反应即为在氩气气氛中对煤样进行程序升温；
(4)在煤矿工作面上隅角取气样测试CO的δ18O，记为B，测定上隅角的标志性气体成分(如C2H6、C2H4、C3H6等)确定采空区内部温度；根据步骤(1)的δ18O测试结果，可确定该温度下对应的煤氧复合反应产物CO的δ18O，记为C；若B＝C，则煤层中无原生CO，CO气体均来源于煤氧复合反应；若B＝A，则上隅角CO气样均来源于原生CO，煤未与氧气反应生成CO，不进行步骤(6)浓度检测；若A>B>C，则可确定上隅角CO为煤氧化生成与原生CO混合而成；
(5)根据步骤(4)中若得出的结论为上隅角CO气体为煤氧化生成与原生CO混合而成，可推算得出上隅角产生的CO气体中原生态所占的体积分数为：而煤氧化生成的CO气体所占体积分数为：
(6)在煤矿采用CO气体浓度预测煤炭自燃时，先设定CO气体的临界浓度值，然后根据步骤(4)判断结果，若煤层中CO气体均来源于煤氧复合反应，则实时测得上隅角CO气体浓度为D ppm，即全部为氧化生成的CO气体浓度，并与设定的CO气体临界浓度值进行比对；若煤层中CO气体为煤氧化生成与原生CO混合而成，则实时测得上隅角CO气体浓度为D ppm，其中由氧化生成的CO气体浓度为将该浓度值与设定的CO气体临界浓度值进行比对；根据检测的浓度值是否超过设定的临界浓度值对煤矿进行煤体自燃的预测工作。
进一步，所述设定的CO气体临界浓度值为24ppm。
与现有技术相比，本发明采用测量煤层中CO气体内氧同位素组成比例的方式，从而得出该CO气体内煤氧化生成的CO与原生CO的比重，剔除原生CO气体造成的干扰，从而可提高采用CO气体浓度进行煤炭自燃预测的准确性，避免产生不必要的防火措施，节约人力物力财力上的资源。
附图说明
图1是本发明中含原生CO矿井采空区CO来源测试流程图；
图2是本发明中抽采钻孔测量煤层原生CO氧同位素示意图。
具体实施方式
下面将对本发明作进一步说明。
如图1和图2所示，本发明具体步骤为：
(1)在煤矿中取煤样真空脱附48h后，将部分煤样进行煤氧复合反应后其产生的CO气体进行氧同位素组成测试，即δ18O测试，最终得到不同温度下煤氧复合反应产物CO的δ18O；所述的煤氧复合反应即为在干空气气氛中对煤样进行程序升温；
(2)在煤矿煤层中钻设一抽采钻孔，对该抽采钻孔进行封孔连接抽采管路进行抽采，然后每隔1天通过抽采管路取气样进行CO气体的δ18O测试，直至δ18O稳定不变；此时由于施工进入煤层内的外来CO气体已被排出，稳定的δ18O即为煤层原生CO的氧同位素组成；
(3)对步骤(1)中另一部分煤样进行煤绝氧反应后其产生的CO气体进行氧同位素组成测试，即δ18O测试，最终得到煤绝氧反应产物CO的δ18O；然后将该δ18O与步骤(2)得到的δ18O进行对照，由于煤层中CO和绝氧反应生成的CO中的O均来源于成煤时期，故两种CO气体δ18O理论相等，但受到各种外在因素干扰，两者的实际测量值会有不同，为了减少误差，取两者平均值确定为最终的煤层原生CO气体δ18O，记为A；所述煤绝氧反应即为在氩气气氛中对煤样进行程序升温；
(4)在煤矿工作面上隅角取气样测试CO的δ18O，记为B，测定上隅角的标志性气体成分(如C2H6、C2H4、C3H6等)确定采空区内部温度；根据步骤(1)的δ18O测试结果，可确定该温度下对应的煤氧复合反应产物CO的δ18O，记为C；若B＝C，则煤层中无原生CO，CO气体均来源于煤氧复合反应；若B＝A，则上隅角CO气样均来源于原生CO，煤未与氧气反应生成CO，不进行步骤(6)浓度检测；若A>B>C，则可确定上隅角CO为煤氧化生成与原生CO混合而成；
(5)根据步骤(4)中若得出的结论为上隅角CO气体为煤氧化生成与原生CO混合而成，可推算得出上隅角产生的CO气体中原生态所占的体积分数为：而煤氧化生成的CO气体所占体积分数为：
(6)在煤矿采用CO气体浓度预测煤炭自燃时，先设定CO气体的临界浓度值，然后根据步骤(4)判断结果，若煤层中CO气体均来源于煤氧复合反应，则实时测得上隅角CO气体浓度为D ppm，即全部为氧化生成的CO气体浓度，并与设定的CO气体临界浓度值进行比对；若煤层中CO气体为煤氧化生成与原生CO混合而成，则实时测得上隅角CO气体浓度为D ppm，其中由氧化生成的CO气体浓度为将该浓度值与设定的CO气体临界浓度值进行比对；根据检测的浓度值是否超过设定的临界浓度值对煤矿进行煤体自燃的预测工作。
进一步，所述设定的CO气体临界浓度值为24ppm。
Claims (2)
1.一种基于氧同位素检测的采空区CO来源辨识方法，其特征在于，具体步骤为：
(1)在煤矿中取煤样真空脱附48h后，将部分煤样进行煤氧复合反应后其产生的CO气体进行氧同位素组成测试，即δ18O测试，最终得到不同温度下煤氧复合反应产物CO的δ18O；
(2)在煤矿煤层中钻设一抽采钻孔，对该抽采钻孔进行封孔连接抽采管路进行抽采，然后每隔1天通过抽采管路取气样进行CO气体的δ18O测试，直至δ18O稳定不变；此时由于施工进入煤层内的外来CO气体已被排出，稳定的δ18O即为煤层原生CO的氧同位素组成；
(3)对步骤(1)中另一部分煤样进行煤绝氧反应后其产生的CO气体进行氧同位素组成测试，即δ18O测试，最终得到煤绝氧反应产物CO的δ18O；然后将该δ18O与步骤(2)得到的δ18O进行对照，取两者平均值，确定为最终的煤层原生CO气体δ18O，记为A；
(4)在煤矿工作面上隅角取气样测试CO的δ18O，记为B，测定上隅角的标志性气体成分确定采空区内部温度；根据步骤(1)的δ18O测试结果，可确定该温度下对应的煤氧复合反应产物CO的δ18O，记为C；若B＝C，则煤层中无原生CO，CO气体均来源于煤氧复合反应；若B＝A，则上隅角CO气样均来源于原生CO，煤未与氧气反应生成CO，不进行步骤(6)浓度检测；若A>B>C，则可确定上隅角CO为煤氧化生成与原生CO混合而成；
(5)根据步骤(4)中若得出的结论为上隅角CO气体为煤氧化生成与原生CO混合而成，可推算得出上隅角产生的CO气体中原生态所占的体积分数为：而煤氧化生成的CO气体所占体积分数为：
(6)在煤矿采用CO气体浓度预测煤炭自燃时，先设定CO气体的临界浓度值，然后根据步骤(4)判断结果，若煤层中CO气体均来源于煤氧复合反应，则实时测得上隅角CO气体浓度为D ppm，即全部为氧化生成的CO气体浓度，并与设定的CO气体临界浓度值进行比对；若煤层中CO气体为煤氧化生成与原生CO混合而成，则实时测得上隅角CO气体浓度为D ppm，其中由氧化生成的CO气体浓度为将该浓度值与设定的CO气体临界浓度值进行比对；根据检测的浓度值是否超过设定的临界浓度值对煤矿进行煤体自燃的预测工作。
2.根据权利要求1所述的一种基于氧同位素检测的采空区CO来源辨识方法，其特征在于，所述设定的CO气体临界浓度值为24ppm。
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