CN116773766A - 一种煤层自然发火标志气体一氧化碳临界值确定方法 - Google Patents
一种煤层自然发火标志气体一氧化碳临界值确定方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN116773766A CN116773766A CN202310504332.2A CN202310504332A CN116773766A CN 116773766 A CN116773766 A CN 116773766A CN 202310504332 A CN202310504332 A CN 202310504332A CN 116773766 A CN116773766 A CN 116773766A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- coal
- concentration
- temperature
- goaf
- determining
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 239000003245 coal Substances 0.000 title claims abstract description 156
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 40
- UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N Carbon monoxide Chemical compound [O+]#[C-] UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 27
- 229910002091 carbon monoxide Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 27
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 claims abstract description 38
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 claims abstract description 30
- 230000002269 spontaneous effect Effects 0.000 claims abstract description 30
- 238000000605 extraction Methods 0.000 claims abstract description 25
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 claims abstract description 20
- 238000012360 testing method Methods 0.000 claims abstract description 16
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 claims abstract description 14
- 230000008859 change Effects 0.000 claims abstract description 11
- 230000008569 process Effects 0.000 claims abstract description 10
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims description 36
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 9
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 claims description 9
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 claims description 9
- 238000005065 mining Methods 0.000 claims description 5
- 230000001174 ascending effect Effects 0.000 claims description 3
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims description 3
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims description 3
- 230000002035 prolonged effect Effects 0.000 claims description 3
- 230000035484 reaction time Effects 0.000 claims description 3
- 238000012216 screening Methods 0.000 claims description 3
- 238000007789 sealing Methods 0.000 claims description 2
- 230000002349 favourable effect Effects 0.000 abstract description 4
- 238000013178 mathematical model Methods 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 238000004088 simulation Methods 0.000 description 2
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 230000036541 health Effects 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 238000013508 migration Methods 0.000 description 1
- 230000005012 migration Effects 0.000 description 1
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 1
- 238000011084 recovery Methods 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N33/00—Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
- G01N33/22—Fuels; Explosives
Landscapes
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Food Science & Technology (AREA)
- Medicinal Chemistry (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Immunology (AREA)
- Pathology (AREA)
- Investigating Or Analyzing Materials Using Thermal Means (AREA)
Abstract
本发明提供了一种煤层自然发火标志气体一氧化碳临界值确定方法，属于自然发火临界指标确定领域。包括以下步骤：S1.根据程序升温实验，研究煤氧化过程中CO浓度与煤温的变化规律，得到试验煤层的煤自燃临界温度；S2.通过在采空区布置温度传感器和束管，现场实测工作面正常回采期间CO浓度随煤温变化情况，基于采空区CO随煤温变化拟合曲线，确定采空区煤自燃临界温度条件下的CO临界值C；S3.根据井下抽采管路和上隅角CO浓度与采空区CO浓度关系，确定上隅角和抽采管路的CO临界值。本发明提出一种煤层自然发火标志气体一氧化碳临界值确定的新方法，使得测试结果更加贴合井下实际情况，提高了煤自燃预报的准确性，为提前治理煤炭自然发火创造了有利条件。
Description
技术领域
本发明涉及自然发火临界指标确定领域，具体而言，涉及一种煤层自然发火标志气体一氧化碳临界值确定方法。
背景技术
煤炭自然发火是煤矿井下最严重的灾害事故之一。《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，确定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”。《煤炭安全规程》第一百三十五条规定，工作面回风隅角CO体积分数24×10-6是职业健康指标，不是自然发火临界指标。
目前尚没有确定标志气体临界值的国家标准或行业标准，各研究机构采用的方法也不尽相同。针对煤层自然发火一氧化碳气体临界值的确定，现主要采用数值模拟法和数学模型法。数值模拟法建立采空区一氧化碳生成与运移模型的假设条件过于理想化，不能完全模拟现场实际情况。数学模型法是根据工作面采空区空间、遗煤量以及漏风量大小来建立煤自燃预警一氧化碳体积分数预测模型，模型中各参数的取值受限于煤层赋存条件和实际开采工艺方法，其计算结果难以贴合现场实际，因此在很大程度上影响着煤层自然发火标志气体一氧化碳临界值的准确性。
发明内容
为了弥补以上不足，本发明提供了一种煤层自然发火标志气体一氧化碳临界值确定方法，旨在改善上述背景技术中的问题。
本发明实施例提供了一种煤层自然发火标志气体一氧化碳临界值确定方法，包括以下步骤：
S1.根据程序升温实验，研究煤氧化过程中CO浓度与煤温的变化规律，得到试验煤层的煤自燃临界温度；
S2.通过在采空区布置温度传感器和束管，现场实测工作面正常回采期间CO浓度随煤温变化情况，基于采空区CO随煤温变化拟合曲线，确定采空区煤自燃临界温度条件下的CO临界值C；
S3.根据井下抽采管路和上隅角CO浓度与采空区CO浓度关系，确定上隅角和抽采管路的CO临界值。
在上述实现过程中，使得测试结果更加贴合井下实际情况，提高了煤自燃预报的准确性，为提前治理煤炭自然发火创造了有利条件。
在一种具体的实施方案中，所述S1进行程序升温实验之前还包括煤样选取，所述煤样选取包括现场采集试验煤层工作面新揭露煤体，经密封储存，运送至实验室作为实验煤样。
在一种具体的实施方案中，所述S1的根据程序升温实验，研究煤氧化过程中CO浓度与煤温的变化规律，得到试验煤层的煤自燃临界温度中煤自燃临界温度的选取具体包括：在氧化初期CO浓度随煤温缓慢上升，当煤温超过临界温度Tc时，CO浓度将急剧增加，煤的氧化反应由缓慢阶段上升到剧烈阶段，将缓慢氧化阶段和剧烈氧化阶段曲线切线的交点作为煤自燃临界温度。
在一种具体的实施方案中，所述运送至实验室之前还需要将煤体进行破碎和筛分处理，具体为：对煤体进行破碎并筛分出40-80目的颗粒，取50g作为实验煤样。
在一种具体的实施方案中，所述S2中现场实测工作面正常回采期间CO浓度随煤温变化情况具体为：回采工作面CO气体源于采空区遗煤氧化，随着工作面的推进，测点逐渐埋入采空区，由于初期测点处氧气充足，会导致氧化程度逐渐增大，CO浓度呈上升趋势；当测点埋入采空区较远距离后，由于漏风较小，氧气供给不足，导致氧化迅速减缓，CO浓度将逐渐减小直至降为0。
在一种具体的实施方案中，所述S2中确定采空区煤自燃临界温度条件下的CO临界值的具体方法包括：在采空区内煤温达到Tg，由于断层、停产或者其他因素导致开采进度降低时，此时测点处氧气浓度不会发生下降，导致采空区内遗煤氧化反应时间延长，氧化反应更充分，CO浓度将持续升高，对采空区CO浓度随煤温上升阶段的曲线进行拟合，结合实验测得的煤自燃临界温度，即可确定采空区CO临界值C。
在一种具体的实施方案中，所述S3中的抽采管路的CO临界值的确定具体包括：根据回采工作面抽采管路埋入采空区氧化带位置，将抽采气体作为采空区内气体，使得抽采管路CO浓度临界值近似等于煤层采空区CO浓度临界值，将抽采管路CO浓度临界值记为C1，则：
C1＝C。
在一种具体的实施方案中，所述S3中的上隅角的CO临界值的确定具体包括：记录井下测试期间采空区CO气体浓度达到最大值时附近几天的CO浓度数据，取其平均数记为m；将对应时间的上隅角CO气体浓度平均数记为n，此时采空区内CO浓度与上隅角CO浓度比值R：
将上隅角CO浓度临界值记为C2，则：
与现有技术相比，本发明的有益效果：
本发明提出一种煤层自然发火标志气体一氧化碳临界值确定的新方法，使得测试结果更加贴合井下实际情况，提高了煤自燃预报的准确性，为提前治理煤炭自然发火创造了有利条件。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施方式的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1是本发明实施方式提供的煤层自然发火标志气体一氧化碳临界值确定方法的流程图；
图2为本发明实施方式提供的实验室煤样CO浓度随煤温变化曲线；
图3为本发明实施方式提供的采空区CO浓度随煤温变化曲线。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行描述。
为使本发明实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1-3，本发明提供一种煤层自然发火标志气体一氧化碳临界值确定方法，包括以下步骤：
S1.根据程序升温实验，研究煤氧化过程中CO浓度与煤温的变化规律，得到试验煤层的煤自燃临界温度；
S2.通过在采空区布置温度传感器和束管，现场实测工作面正常回采期间CO浓度随煤温变化情况，基于采空区CO随煤温变化拟合曲线，确定采空区煤自燃临界温度条件下的CO临界值C；
S3.根据井下抽采管路和上隅角CO浓度与采空区CO浓度关系，确定上隅角和抽采管路的CO临界值。
具体的，所述S1进行程序升温实验之前还包括煤样选取，所述煤样选取包括现场采集试验煤层工作面新揭露煤体，经密封储存，运送至实验室作为实验煤样。
在具体设置时，所述S1的根据程序升温实验，研究煤氧化过程中CO浓度与煤温的变化规律，得到试验煤层的煤自燃临界温度中煤自燃临界温度的选取具体包括：在氧化初期CO浓度随煤温缓慢上升，当煤温超过临界温度Tc时，CO浓度将急剧增加，煤的氧化反应由缓慢阶段上升到剧烈阶段，将缓慢氧化阶段和剧烈氧化阶段曲线切线的交点作为煤自燃临界温度。
需要说明的是，所述运送至实验室之前还需要将煤体进行破碎和筛分处理，具体为：对煤体进行破碎并筛分出40-80目的颗粒，取50g作为实验煤样。
在一些具体的实施方案中，所述S2中现场实测工作面正常回采期间CO浓度随煤温变化情况具体为：回采工作面CO气体源于采空区遗煤氧化，随着工作面的推进，测点逐渐埋入采空区，由于初期测点处氧气充足，会导致氧化程度逐渐增大，CO浓度呈上升趋势；当测点埋入采空区较远距离后，由于漏风较小，氧气供给不足，导致氧化迅速减缓，CO浓度将逐渐减小直至降为0。
在其他一些实施方案中，所述S2中确定采空区煤自燃临界温度条件下的CO临界值的具体方法包括：在采空区内煤温达到Tg，由于断层、停产或者其他因素导致开采进度降低时，此时测点处氧气浓度不会发生下降，导致采空区内遗煤氧化反应时间延长，氧化反应更充分，CO浓度将持续升高，对采空区CO浓度随煤温上升阶段的曲线进行拟合，结合实验测得的煤自燃临界温度，即可确定采空区CO临界值C。
在本发明中，所述S3中的抽采管路的CO临界值的确定具体包括：根据回采工作面抽采管路埋入采空区氧化带位置，将抽采气体作为采空区内气体，使得抽采管路CO浓度临界值近似等于煤层采空区CO浓度临界值，将抽采管路CO浓度临界值记为C1，则：
C1＝C。
可以理解，在其他实施例中，所述S3中的上隅角的CO临界值的确定具体包括：记录井下测试期间采空区CO气体浓度达到最大值时附近几天的CO浓度数据，取其平均数记为m；将对应时间的上隅角CO气体浓度平均数记为n，此时采空区内CO浓度与上隅角CO浓度比值R：
将上隅角CO浓度临界值记为C2，则：
该煤层自然发火标志气体一氧化碳临界值确定方法的原理及优点：
本发明提出一种煤层自然发火标志气体一氧化碳临界值确定的新方法，首先，根据程序升温实验，研究煤氧化过程中CO浓度与煤温的变化规律，得到试验煤层的煤自燃临界温度；其次，通过在采空区布置温度传感器和束管，现场实测工作面正常回采期间CO浓度随煤温变化情况，基于采空区CO随煤温变化拟合曲线，确定采空区煤自燃临界温度条件下的CO临界值；最后，根据井下抽采管路和上隅角CO浓度与采空区CO浓度关系，确定上隅角和抽采管路的CO临界值，使得测试结果更加贴合井下实际情况，提高了煤自燃预报的准确性，为提前治理煤炭自然发火创造了有利条件。
以上所述仅为本发明的实施例而已，并不用于限制本发明的保护范围，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。
Claims (8)
1.一种煤层自然发火标志气体一氧化碳临界值确定方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1.根据程序升温实验，研究煤氧化过程中CO浓度与煤温的变化规律，得到试验煤层的煤自燃临界温度；
S2.通过在采空区布置温度传感器和束管，现场实测工作面正常回采期间CO浓度随煤温变化情况，基于采空区CO随煤温变化拟合曲线，确定采空区煤自燃临界温度条件下的CO临界值C；
S3.根据井下抽采管路和上隅角CO浓度与采空区CO浓度关系，确定上隅角和抽采管路的CO临界值。
2.根据权利要求1所述的一种煤层自然发火标志气体一氧化碳临界值确定方法，其特征在于，所述S1进行程序升温实验之前还包括煤样选取，所述煤样选取包括现场采集试验煤层工作面新揭露煤体，经密封储存，运送至实验室作为实验煤样。
3.根据权利要求1所述的一种煤层自然发火标志气体一氧化碳临界值确定方法，其特征在于，所述S1的根据程序升温实验，研究煤氧化过程中CO浓度与煤温的变化规律，得到试验煤层的煤自燃临界温度中煤自燃临界温度的选取具体包括：在氧化初期CO浓度随煤温缓慢上升，当煤温超过临界温度Tc时，CO浓度将急剧增加，煤的氧化反应由缓慢阶段上升到剧烈阶段，将缓慢氧化阶段和剧烈氧化阶段曲线切线的交点作为煤自燃临界温度。
4.根据权利要求3所述的一种煤层自然发火标志气体一氧化碳临界值确定方法，其特征在于，所述运送至实验室之前还需要将煤体进行破碎和筛分处理，具体为：对煤体进行破碎并筛分出40-80目的颗粒，取50g作为实验煤样。
5.根据权利要求1所述的一种煤层自然发火标志气体一氧化碳临界值确定方法，其特征在于，所述S2中现场实测工作面正常回采期间CO浓度随煤温变化情况具体为：回采工作面CO气体源于采空区遗煤氧化，随着工作面的推进，测点逐渐埋入采空区，由于初期测点处氧气充足，会导致氧化程度逐渐增大，CO浓度呈上升趋势；当测点埋入采空区较远距离后，由于漏风较小，氧气供给不足，导致氧化迅速减缓，CO浓度将逐渐减小直至降为0。
6.根据权利要求1所述的一种煤层自然发火标志气体一氧化碳临界值确定方法，其特征在于，所述S2中确定采空区煤自燃临界温度条件下的CO临界值的具体方法包括：在采空区内煤温达到Tg，由于断层、停产或者其他因素导致开采进度降低时，此时测点处氧气浓度不会发生下降，导致采空区内遗煤氧化反应时间延长，氧化反应更充分，CO浓度将持续升高，对采空区CO浓度随煤温上升阶段的曲线进行拟合，结合实验测得的煤自燃临界温度，即可确定采空区CO临界值C。
7.根据权利要求1所述的一种煤层自然发火标志气体一氧化碳临界值确定方法，其特征在于，所述S3中的抽采管路的CO临界值的确定具体包括：根据回采工作面抽采管路埋入采空区氧化带位置，将抽采气体作为采空区内气体，使得抽采管路CO浓度临界值近似等于煤层采空区CO浓度临界值，将抽采管路CO浓度临界值记为C1，则：
C1＝C。
8.根据权利要求1所述的一种煤层自然发火标志气体一氧化碳临界值确定方法，其特征在于，所述S3中的上隅角的CO临界值的确定具体包括：记录井下测试期间采空区CO气体浓度达到最大值时附近几天的CO浓度数据，取其平均数记为m；将对应时间的上隅角CO气体浓度平均数记为n，此时采空区内CO浓度与上隅角CO浓度比值R：
将上隅角CO浓度临界值记为C2，则：
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202310504332.2A CN116773766A (zh) | 2023-05-07 | 2023-05-07 | 一种煤层自然发火标志气体一氧化碳临界值确定方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202310504332.2A CN116773766A (zh) | 2023-05-07 | 2023-05-07 | 一种煤层自然发火标志气体一氧化碳临界值确定方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN116773766A true CN116773766A (zh) | 2023-09-19 |
Family
ID=88012296
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202310504332.2A Pending CN116773766A (zh) | 2023-05-07 | 2023-05-07 | 一种煤层自然发火标志气体一氧化碳临界值确定方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN116773766A (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN117686655A (zh) * | 2023-12-04 | 2024-03-12 | 北京科技大学 | 一种煤矿回风隅角co来源辨识方法 |
-
2023
- 2023-05-07 CN CN202310504332.2A patent/CN116773766A/zh active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN117686655A (zh) * | 2023-12-04 | 2024-03-12 | 北京科技大学 | 一种煤矿回风隅角co来源辨识方法 |
| CN117686655B (zh) * | 2023-12-04 | 2024-05-24 | 北京科技大学 | 一种煤矿回风隅角co来源辨识方法 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Chen et al. | Stability study and optimization design of small-spacing two-well (SSTW) salt caverns for natural gas storages | |
| Laubach et al. | Characteristics and origins of coal cleat: a review | |
| Zhang et al. | Using stress path-dependent permeability law to evaluate permeability enhancement and coalbed methane flow in protected coal seam: a case study | |
| Zhou et al. | Methane drainage and utilization in coal mines with strong coal and gas outburst dangers: a case study in Luling mine, China | |
| CN112465330B (zh) | 一种煤矿井下瓦斯抽采钻孔失效评判方法 | |
| Xue et al. | Quantitative determination of mining-induced discontinuous stress drop in coal | |
| CN116773766A (zh) | 一种煤层自然发火标志气体一氧化碳临界值确定方法 | |
| Pan et al. | The inducement of coal spontaneous combustion disaster and control technology in a wide range of coal mine closed area | |
| CN115596509B (zh) | 一种煤矿巷道掘进过程中的瓦斯预警方法 | |
| Chen et al. | A dynamic gas emission prediction model at the heading face and its engineering application | |
| CN109578055B (zh) | 一种煤与co2突出事故的防治方法 | |
| Chen et al. | Coupling of stress and gas pressure in dual porosity medium during coal seam mining | |
| Zhai et al. | Oxygen distribution and air leakage law in gob of working face of U+ L ventilation system | |
| Vandeweijer et al. | CO2 injection at K12-B, the final story | |
| Xu et al. | The cataclysmic characteristics for bituminous-coal oxidation under uniaxial stress based on catastrophe theory | |
| Shahriar et al. | Current status of underground hydrogen storage: Perspective from storage loss, infrastructure, economic aspects, and hydrogen economy targets | |
| Li et al. | Is the long-term sequestration of CO2 in and around deep, abandoned coal mines feasible? | |
| Cliff et al. | Developments in the management of spontaneous combustion in Australian underground coal mines | |
| CN112150006A (zh) | 一种采煤工作面废弃油井影响区域硫化氢分级治理方法 | |
| Zou et al. | A dynamic model of coalbed methane emission from boreholes in front of excavation working face: Numerical model and its application | |
| Guo et al. | Research on optimization of key areas of drainage borehole sealing in ultrathick coal seam | |
| Patyńska | Methodology of estimation of methane emissions from coal mines in Poland | |
| CN114837657A (zh) | 一种煤矿井下瓦斯抽采钻孔失效评价系统 | |
| Yin et al. | Simulation study on strength and failure characteristics of Coal-Rock composite sample with coal persistent joint | |
| Zhao et al. | Prediction model for spontaneous combustion of coal around boreholes using bedding gas drainage |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication |