CN116864024B - 基于一氧化碳生成指数的煤自燃倾向性判识方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本申请提供了一种基于一氧化碳生成指数的煤自燃倾向性判识方法及系统。该方法中，基于预先构建的煤样的氧浓度分布模型及一氧化碳浓度分布模型，得到煤样在低温氧化实验的煤样罐内的轴向氧气摩尔浓度及一氧化碳摩尔浓度，进而构建煤样的一氧化碳生成指数模型，并根据煤样的低温氧化实验的数据，计算不同温度下煤样的一氧化碳生成指数，以确定煤样的自燃临界温度，最后，由煤样的自燃临界温度，构建煤样的自燃倾向性判识模型，对煤样对应的煤层的自燃倾向性进行判识，提高了采煤条件下煤自燃倾向性判识的准确性和可靠性，为煤矿井下煤自燃的监控监测提供理论支撑。
Description
技术领域
本申请涉及采煤技术领域，特别涉及一种基于一氧化碳生成指数的煤自燃倾向性判识方法及系统。
背景技术
煤炭作为社会经济发展的主体能源，其安全开采是保障能源供给的关键，而在煤炭的回采过程中，煤的自燃时刻威胁着煤矿井下安全生产。采煤条件下煤层自燃本质上是煤在风流中氧气作用下氧化并加速升温导致自燃的过程，这一过程常常伴随碳氢化合物和一氧化碳等气体生成。因此，研究煤的自燃特性，掌握其自燃过程中的产物生成规律，对采煤条件下煤自燃倾向性判识具有重要的指导意义。
目前，主要采用色谱吸氧法判识煤的自燃倾向性，其中，以煤在30℃时的物理吸氧量作为判识指标。然而，这种方法由于没有考虑煤氧反应，部分煤样的鉴定结果不准确，难以真正的反映煤自燃危险等级。
因而，亟需提供一种针对上述现有技术不足的技术方案。
发明内容
本申请的目的在于提供一种基于一氧化碳生成指数的煤自燃倾向性判识方法及系统，以解决或缓解上述现有技术中存在的问题。
为了实现上述目的，本申请提供如下技术方案：
本申请提供一种基于一氧化碳生成指数的煤自燃倾向性判识方法，包括：步骤S101、基于预先构建的煤样的氧浓度分布模型及一氧化碳浓度分布模型，得到所述煤样在低温氧化实验的煤样罐内的轴向氧气摩尔浓度及一氧化碳摩尔浓度；步骤S102、根据所述煤样罐内的轴向氧气摩尔浓度及一氧化碳摩尔浓度，构建所述煤样的一氧化碳生成指数模型；步骤S103、基于所述一氧化碳生成指数模型，根据所述煤样的低温氧化实验的数据，计算不同温度下所述煤样的一氧化碳生成指数，以确定所述煤样的自燃临界温度；步骤S104、根据所述煤样的自燃临界温度，构建所述煤样的自燃倾向性判识模型，以对所述煤样对应的煤层的自燃倾向性进行判识。
优选的，在步骤S101中，按照公式：
；
确定所述煤样罐内轴向任意点处的氧气摩尔浓度；
其中，表示氧气在所述煤样罐的横截面的质量流量；表示所述煤样罐沿轴
向的坐标；表示煤样孔隙率；表示所述煤样罐的横截面面积；表示温度时
所述煤样的标准耗氧速率；表示标准氧浓度（取值为9.375mol/m3）；表示所述
低温氧化实验中的预调配气体流入所述煤样罐前的氧浓度。
优选的，在步骤S101中，按照公式：
；
确定所述煤样罐内轴向任意点处的一氧化碳摩尔浓度；其中，
表示温度时所述煤样罐内的标准一氧化碳生成速率；表示煤样孔隙率；表示所述煤
样罐的横截面面积；表示所述煤样罐内轴向任意点处的氧气摩尔浓度；表示
氧气在所述煤样罐的横截面的质量流量；表示标准氧浓度；表示所述煤样罐沿轴
向的坐标。
优选的，在步骤S102中，所述煤样的一氧化碳生成指数模型为：
；
其中，表示煤的一氧化碳生成指数；表示所述低温氧化实验中的预调配
气体流入所述煤样罐前的氧浓度；表示所述预调配气体流经所述煤样罐后的一氧化
碳摩尔浓度；表示所述预调配气体流经所述煤样罐后的氧气摩尔浓度；表示氧
气在所述煤样罐的横截面的质量流量；表示煤样孔隙率；表示所述煤样罐的横截面面
积；表示所述煤样罐的长度。
优选的，步骤S103包括：基于所述一氧化碳生成指数模型，根据所述煤样的低温氧化实验的数据，计算不同温度下所述煤样的一氧化碳生成指数，并对不同温度下所述煤样的一氧化碳生成指数进行拟合，得到所述煤样的一氧化碳生成指数拟合曲线；响应于所述煤样的一氧化碳生成指数开始偏离所述一氧化碳生成指数曲线，确定对应的温度为所述煤样的自燃临界温度。
优选的，在步骤S104中，按照公式：
；
确定所述煤样的自燃临界温度的自燃倾向性判识指数；其中，、均
为指数系数；根据所述自燃倾向性判识指数，确定所述煤样自燃倾向等级，以对所述
煤样对应的煤层的自燃倾向性进行判识。
本申请实施例还提供一种基于一氧化碳生成指数的煤自燃倾向性判识系统，包括：浓度计算单元，配置为基于预先构建的煤样的氧浓度分布模型及一氧化碳浓度分布模型，得到所述煤样在低温氧化实验的煤样罐内的轴向氧气摩尔浓度及一氧化碳摩尔浓度；模型构建单元，配置为根据所述煤样罐内的轴向氧气摩尔浓度及一氧化碳摩尔浓度，构建所述煤样的一氧化碳生成指数模型；临界温度确定单元，配置为基于所述一氧化碳生成指数模型，根据所述煤样的低温氧化实验的数据，计算不同温度下所述煤样的一氧化碳生成指数，以确定所述煤样的自燃临界温度；自燃判识单元，配置为根据所述煤样的自燃临界温度，构建所述煤样的自燃倾向性判识模型，以对所述煤样对应的煤层的自燃倾向性进行判识。
有益效果：
本申请实施例提供的基于一氧化碳生成指数的煤自燃倾向性判识方法中，基于预先构建的煤样的氧浓度分布模型及一氧化碳浓度分布模型，得到煤样在低温氧化实验的煤样罐内的轴向氧气摩尔浓度及一氧化碳摩尔浓度，进而构建煤样的一氧化碳生成指数模型，并根据煤样的低温氧化实验的数据，计算不同温度下煤样的一氧化碳生成指数，以确定煤样的自燃临界温度，最后，由煤样的自燃临界温度，构建煤样的自燃倾向性判识模型，对煤样对应的煤层的自燃倾向性进行判识。
籍此，从煤氧复合反应出发，基于煤样罐内氧浓度、一氧化碳浓度的分布模型，得到煤自燃过程中只与温度相关的一氧化碳生成指数，藉以，在计算煤样的一氧化碳生成指数时，降低了煤样对氧气吸附作用的影响，并排除了其他物理参数对模型的干扰，进而使得以拟合曲线得到的自燃临界温度对应的指数作为判识煤自燃倾向性的参数指标，更符合煤矿的实际情况，更好地反映煤层的自燃规律，提高了采煤条件下煤自燃倾向性判识的准确性和可靠性，为煤矿井下煤自燃的监控监测提供理论支撑。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。其中：
图1为根据本申请的一些实施例提供的一种基于一氧化碳生成指数的煤自燃倾向性判识方法的流程示意图；
图2为根据本申请的一些实施例提供的煤样的低温氧化实验的实验装置的示意图；
图3为根据本申请的一些实施例提供的煤样罐内上下温度的对比示意图；
图4为根据本申请的一些实施例提供的不同氧气浓度下煤样罐出口氧气体积分数变化曲线示意图；
图5为根据本申请的一些实施例提供的不同氧气浓度下一氧化碳生成指数与温度关系的示意图；
图6为根据本申请的一些实施例提供的不同氧气浓度下一氧化碳生成指数拟合曲线的示意图；
图7为根据本申请的一些实施例提供的基于一氧化碳生成指数的煤自燃倾向性判识系统的结构示意图。
附图标记说明：
11、气瓶；12、质量流量计；13、空气混合室；
21、煤样罐；22、预热铜管；23、风扇；24、加热棒；25、温度传感器；
31、气相色谱仪；32、控制台。
具体实施方式
下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。各个示例通过本申请的解释的方式提供而非限制本申请。实际上，本领域的技术人员将清楚，在不脱离本申请的范围或精神的情况下，可在本申请中进行修改和变形。例如，示为或描述为一个实施例的一部分的特征可用于另一个实施例，以产生又一个实施例。因此，所期望的是，本申请包含归入所附权利要求及其等同物的范围内的此类修改和变型。
研究发现，在色谱吸氧法判识煤的自燃倾向性过程中，采用氧化实验得到的氧浓度或氧气消耗速率作为判识指标，容易受到煤样对氧气的吸附作用影响，主要表现在：一方面，从煤样采出到实验检测过程中，煤样已经开始对外界氧气进行物理吸附；另一方面，实验过程中，水蒸气与氮气等均会与氧气产生竞争吸附，从而影响氧浓度或氧气消耗速率的测定，导致实验结果与实际情况不符。因此，在物理吸附与氧化反应的双重作用下，通过氧气所建立的煤自燃倾向性判识模型难以准确的判别煤自燃危险性，其物理意义与理论基础也一直存在争议。
基于此，本申请提出了一种基于一氧化碳生成指数的煤自燃倾向性判识方法，如图1所示，该基于一氧化碳生成指数的煤自燃倾向性判识方法包括：
步骤S101、基于预先构建的煤样的氧浓度分布模型及一氧化碳浓度分布模型，得到煤样在低温氧化实验的煤样罐21内的轴向氧气摩尔浓度及一氧化碳摩尔浓度。
本申请中，通过低温氧化实验对煤自燃过程中煤氧反应进行模拟，低温氧化实验所采用的煤样来自多个煤矿，将每个煤矿的初始煤体处理成重约180克、平均粒径为0.4毫米的煤样，然后，将其依次置入实验装置的煤样罐21中进行实验。
在构建煤样的氧浓度分布模型时，在一具体的例子中，基于煤氧复合反应，建立煤样的耗氧速率模型。具体的，煤样的耗氧速率模型如下：
；
其中，表示氧气在煤样罐21的横截面的质量流量；表示煤样罐21内轴
向任意点处的氧气摩尔浓度；表示煤样罐21沿轴向的坐标，表示煤样孔隙率；表示
煤样罐21的横截面面积；表示温度时煤样罐21内轴向任意点处煤样的耗氧速
率。在此，需要说明的是，煤样罐21沿轴向的坐标是以煤样罐21的入口为基准零点。
低温氧化实验中，充入煤样罐21中的预调配气体沿煤样罐21的轴向均匀流动，因而，基于化学动力学以及化学平衡理论，将煤样罐21内轴向任意点的耗氧速率转变为同一温度下新鲜风流（即标准氧浓度的空气）中的标准耗氧速率模型，如下所示：
；
其中，表示温度时煤样罐21内煤样的标准耗氧速率；表示标准
氧浓度，取值为9.375mol/m3；表示煤样罐21内轴向任意点处的氧气摩尔浓度。进
而，基于煤样的耗氧速率模型和标准耗氧速率模型，得到煤样罐21内轴向氧浓度变化，具体
如下：
；
在低温氧化实验的升温过程中，煤样罐21内各个部分的煤温是均匀一致的，基于
煤样罐21内轴向氧浓度变化，沿煤样罐21（入口处为基准零点，煤样罐21长度为）的轴线
对任意位置点进行积分，得到在温度下煤样的标准耗氧速率为：
；
其中，表示低温氧化实验中的预调配气体流入煤样罐21前的氧浓度。进而，
由温度下煤样的标准耗氧速率得到煤样罐21内的轴向氧浓度分布模型为：
；
其中，表示煤样罐21内轴向任意点处的氧气摩尔浓度；表示氧气在煤
样罐21的横截面的质量流量；表示煤样罐21沿轴向的坐标；表示煤样孔隙率；表示煤
样罐21的横截面面积；表示温度时煤样的标准耗氧速率；表示标准氧浓
度；表示低温氧化实验中的预调配气体流入煤样罐21前的氧浓度。
籍此，基于煤样的氧化反应，确定煤样罐21内任意点处煤样的耗氧速率，构建出煤样罐21内轴向氧浓度分布模型，有效降低了煤样对氧气的吸附作用的影响，可以有效提高煤氧反应程度评估的准确性和可靠性。
在另一具体的例子中，基于煤氧复合反应，建立煤样罐21内任意点处的煤样的一氧化碳生成速率模型，具体如下：
；
其中，表示氧气在煤样罐21的横截面的质量流量；表示煤样罐21内轴
向任意点处的一氧化碳摩尔浓度；表示煤样孔隙率；表示煤样罐21的横截面面积；表示温度时沿煤样罐21轴向任意点处的一氧化碳生成速率；表示煤样罐21
沿轴向的坐标。
进而，基于化学动力学以及化学平衡理论，得到煤样在温度时的标准一氧化碳
生成速率模型，如下所示：
；
其中，表示温度时煤样的标准一氧化碳生成速率；表示标准氧
浓度，取值为9.375mol/m3；表示煤样罐21内轴向任意点处的氧气摩尔浓度。
由煤样罐21内任意点处的煤样的一氧化碳生成速率模型和煤样在温度时的标
准一氧化碳生成速率模型，沿煤样罐21（入口处为基准零点，煤样罐21长度为）的轴线对
任意位置点进行积分，得到煤样罐21内轴向一氧化碳浓度分布模型，如下所示：
；
其中，表示煤样罐21内轴向任意点处的一氧化碳摩尔浓度；表
示温度时煤样罐21内的标准一氧化碳生成速率；表示煤样孔隙率；表示煤样罐21的
横截面面积；表示煤样罐21内轴向任意点处的氧气摩尔浓度；表示氧气在煤样
罐21的横截面的质量流量；表示标准氧浓度；表示煤样罐21沿轴向的坐标。
由煤样的氧浓度分布模型及一氧化碳浓度分布模型，即可计算煤样罐21内的轴向氧气摩尔浓度及一氧化碳摩尔浓度，进而构建煤样的一氧化碳生成指数模型。
步骤S102、根据煤样罐21内的轴向氧气摩尔浓度及一氧化碳摩尔浓度，构建煤样的一氧化碳生成指数模型。
基于化学平衡理论，得到温度时沿煤样罐21轴向任意点处的一氧化碳生成速率与煤样罐21内轴向任意点处的氧气摩尔浓度之间的关系如下：
；
根据煤样罐21内的轴向氧浓度分布模型以及煤样罐21内轴向一氧化碳浓度分布模型，可以得到煤氧反应过程中沿煤样罐21轴向任意点的煤样的一氧化碳生成指数模型，如下所示：
；
其中，表示煤的一氧化碳生成指数；表示低温氧化实验中的预调配气体
流入煤样罐21前的氧浓度；表示预调配气体流经煤样罐21后的一氧化碳摩尔浓度；表示预调配气体流经煤样罐21后的氧气摩尔浓度；表示氧气在煤样罐21的横截
面的质量流量；表示煤样孔隙率；表示煤样罐21的横截面面积；表示煤样罐21的长
度。
步骤S103、基于一氧化碳生成指数模型，根据煤样的低温氧化实验的数据，计算不同温度下煤样的一氧化碳生成指数，以确定煤样的自燃临界温度。
本申请中，基于一氧化碳生成指数模型，根据煤样的低温氧化实验的数据，计算不同温度下煤样的一氧化碳生成指数。具体的，如图2所示，低温氧化实验的实验装置包括：气体供给系统、加热控温系统、数据监测系统和数据分析系统。
气体供给系统包括气瓶11（2个）、质量流量计12和空气混合室13，2个气瓶11中分别装入氧气和惰性气体（比如，氮气、二氧化碳等）。气瓶11中的氧气和惰性气体经过质量流量计12后进入空气混合室13进行混合调配，在此过程中，通过质量流量计12对气体流量进行计量，确定进入空气混合室13的氧气、惰性气体按照设定比列进行调配。
加热控温系统包括：煤样罐21、预热铜管22、风扇23、加热棒24和温度传感器25。具体的，在煤样升温氧化箱内分别设置有独立空间用于分别安置预热铜管22、风扇23、煤样罐21和加热棒24。在空气混合室13调配后得到的预调配气体首先经过预热铜管22进行加热，然后，由煤样罐21的下端入口进入煤样罐21内，籍以，预调配气体的温度达到和煤样罐21中煤氧的温度一致，有效减少预调配气体与煤样温度不一致导致的误差。
加热棒24位于煤样升温氧化箱的下层，用于对煤样升温氧化箱环境进行加热，使煤样升温氧化箱内保持恒定温度。风扇23和煤样罐21位于同一空间内，通过风扇23可以在实验结束后，加快煤样升温氧化箱内的热量散发。
预调配气体由煤样罐21的下端（进气口）进入煤样罐21内，与煤样发生氧化反应，产生的气体由煤样罐21的上端（出气口）排出，在煤氧反应过程中，通过煤样罐21上设置的温度探头对煤样罐21内的温度进行实时监测。具体的，温度传感器25至少具有上下两个温度探头，上温度探头靠近煤样罐21出气口设置，下温度探头靠近煤样罐21底部设置，以实时监测煤样罐21不同位置的温度，如图3所示。
数据监测系统包括气相色谱仪31和控制台32。气相色谱仪31与煤样罐21的出口连接，对由煤样罐21的出口排出的气体进行检测，控制台32与温度传感器25连接，用于对煤样升温氧化箱内的温度进行调控，并接收温度传感器25发送的监测温度。
在进行低温氧化实验时，首先，打开气相色谱仪31，待气相色谱仪31达到额定温度后，开始实验；利用量筒和电子天平称取（180±1）克煤样放入煤样罐21中；然后，封堵煤样罐21的外部出口，观察煤样罐21进气口压力是否上升且达到稳定，检测气瓶11连接处是否有漏气现象，查看气体压力是否满足预设压力，检测气体流量能否达到试验所需流量。
接着，以二氧化碳或氮气为惰性气体，分别配置体积分数为10%、20%、30%的氧气，如图4至图6所示。在低温氧化实验开始前，将预调配气体通入色谱仪进行气体成分分析，待预调配气体的气体成分分析连续三次测量稳定后，说明预调配气体达到实验所需浓度，可进行低温氧化实验。
控制温度由初始温度上升至设定温度，比如，控制温度由初始温度35℃经由17个温度点上升至设定温度205℃，每个测温点温度上升10℃，每个测温点在温度达到稳定状态后测量实验数据时。待温度上升至设定温度后，停止气相色谱仪31运行，待气相色谱仪31监测到的色谱温度降至100℃以下时，依次关闭气相色谱仪31、空气源、气瓶11，结束实验。
将低温氧化实验中，煤样罐21进口处的氧浓度（即预调配气体流入煤样罐21前的
氧浓度）、出口处的氧浓度（即预调配气体流经煤样罐21后的氧气摩尔浓度）、
煤样罐21内的气体质量流量（即氧气在煤样罐21的横截面的质量流量）、煤样罐21的横
截面面积、煤样罐21的长度输入一氧化碳生成指数模型中，即可计算出不同温度下煤
样的一氧化碳生成指数。
接着，对不同温度下煤样的一氧化碳生成指数进行拟合，得到煤样的一氧化碳生成指数拟合曲线。在此，需要说明的是，对于不同煤质条件的煤样，在进行拟合时，拟合曲线的指数系数也是完全不同的，也就是说，不同煤质条件的煤样，其拟合曲线具有不同的指数系数；而对于同一煤质条件的煤样，其拟合曲线的指数系数为常数。
由低温氧化实验可知，随煤样罐21温度升高，煤样罐21出口处的一氧化碳浓度逐渐增加，煤样的一氧化碳生成指数也逐渐增加，在一氧化碳生成指数拟合曲线上表现为煤样的一氧化碳生成指数开始偏离一氧化碳生成指数曲线，说明煤样进入剧烈氧化起始阶段，反应迅速，放热量不均，煤样的氧化反应进入“失控”状态，即响应于煤样的一氧化碳生成指数开始偏离一氧化碳生成指数曲线，确定对应的温度为煤样的自燃临界温度。
步骤S104、根据煤样的自燃临界温度，构建煤样的自燃倾向性判识模型，以对煤样对应的煤层的自燃倾向性进行判识。
对于同一煤质的煤样，由其一氧化碳生成指数拟合曲线确定煤样的自燃临界温度，构建煤样的自燃临界判识模型为：
；
其中，为煤样的自燃临界温度的自燃倾向性判识指数。、均为指数
系数，取值为常数，具体的，由不同温度下煤样的一氧化碳生成指数进行拟合确定。也就是
说，由低温氧化实验得到包括一氧化碳生成指数与温度的多组拟合数据，通过指数函数对
不同温度下的一氧化碳生成指数进行拟合，即可确定对应的指数系数。
根据自燃倾向性判识指数的值，即可将煤样分为不同的自燃等级，比如，根据煤样
自燃倾向性判识指数的值，将煤样分为高、中、低三个自燃等级，以判识煤样对应的煤层的
自燃倾向性。即根据自燃倾向性判识指数，确定煤样自燃倾向等级，以对煤样对应的
煤层的自燃倾向性进行判识。
在一具体的例子中，当煤样的自燃倾向性判识指数<时，
煤样的自燃倾向性等级为“低”；当煤样的自燃倾向性判识指数
<时，煤样的自燃倾向性等级为“中”；煤样的自燃倾向性判识指数 时，煤样的自燃倾向性等级为“高”。
在一具体的应用场景中，对A、B、C、D四个不同煤质的煤矿进行采样，并根据本申请的方法对A、B、C、D煤矿中采样煤层的自燃倾向性进行判识，得到各个煤矿的煤层自燃倾向性等级，并结合色谱吸氧法进行对比分析，如表1所示：
表1 各煤矿自燃倾向性等级与色谱吸氧法、现场情况对比分析
| 煤矿 | 一氧化碳生成指数与温度的指数关系K(10-4/s) | 相关系数R 2 | K T 指数(10-6/s) | K T 指数判识等级 | 色谱吸氧法判识等级 | 现场情况 |
| A煤矿 | K=3.6×10-7e0.0641T | 0.967 | 0.2063 | 中 | Ⅰ类易自燃 | 发生过 |
| B煤矿 | K=3.0×10-7e0.0632T | 0.955 | 0.1522 | 中 | Ⅱ类自燃 | 发生过 |
| C煤矿 | K=1.4×10-7e0.0664T | 0.961 | 0.1094 | 低 | Ⅱ类自燃 | 从未发生 |
| D煤矿 | K=5.6×10-7e0.0640T | 0.977 | 0.3166 | 高 | Ⅲ类不易自燃 | 经常发生 |
由表1可以看出，在D煤矿中，通过色谱吸氧法对煤层的自燃倾向性进行判识时，由
于没有考虑氧化反应的影响，被判识为不易自燃，但实际现场却经常发生自燃，可见，本申
请的自燃倾向性判识指数的判识结果更加符合实际。也就是说，本申请通过自燃倾向
性判识指数对煤层的自燃倾向性进行判识时，相对于传统的色谱吸氧法，具有更好的判识
精度和准确度。
本申请中，从煤氧复合反应出发，基于煤样罐21内氧浓度、一氧化碳浓度的分布模型，得到煤自燃过程中只与温度相关的一氧化碳生成指数，藉以，在计算煤样的一氧化碳生成指数时，降低了煤样对氧气吸附作用的影响，并排除了其他物理参数对模型的干扰，进而使得以拟合曲线得到的自燃临界温度对应的指数作为判识煤自燃倾向性的参数指标，更符合煤矿的实际情况，更好地反映煤层的自燃规律，提高了采煤条件下煤自燃倾向性判识的准确性和可靠性，为煤矿井下煤自燃的监控监测提供理论支撑。
本申请实施例还提供一种基于一氧化碳生成指数的煤自燃倾向性判识系统，如图7所示，该基于一氧化碳生成指数的煤自燃倾向性判识系统包括：浓度计算单元701、模型构建单元702、临界温度确定单元703、自燃判识单元704。
其中，浓度计算单元701配置为基于预先构建的煤样的氧浓度分布模型及一氧化碳浓度分布模型，得到煤样在低温氧化实验的煤样罐21内的轴向氧气摩尔浓度及一氧化碳摩尔浓度；
模型构建单元702配置为根据煤样罐21内的轴向氧气摩尔浓度及一氧化碳摩尔浓度，构建煤样的一氧化碳生成指数模型；
临界温度确定单元703配置为基于一氧化碳生成指数模型，根据煤样的低温氧化实验的数据，计算不同温度下煤样的一氧化碳生成指数，以确定煤样的自燃临界温度；
自燃判识单元704配置为根据煤样的自燃临界温度，构建煤样的自燃倾向性判识模型，以对煤样对应的煤层的自燃倾向性进行判识。
本申请实施例提供的基于一氧化碳生成指数的煤自燃倾向性判识系统能够实现上述任一实施例所述的基于一氧化碳生成指数的煤自燃倾向性判识方法的步骤、流程，并达到相同的技术效果，在此不再一一赘述。
以上所述仅为本申请的优选实施例，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。
Claims (4)
1.一种基于一氧化碳生成指数的煤自燃倾向性判识方法，其特征在于，包括：
步骤S101、基于预先构建的煤样的氧浓度分布模型及一氧化碳浓度分布模型，得到所述煤样在低温氧化实验的煤样罐内的轴向氧气摩尔浓度及一氧化碳摩尔浓度；其中，按照公式：
；
确定所述煤样罐内轴向任意点处的氧气摩尔浓度/>；
式中，表示氧气在所述煤样罐的横截面的质量流量；/>表示所述煤样罐沿轴向的坐标；/>表示煤样孔隙率；/>表示所述煤样罐的横截面面积；/>表示温度/>时所述煤样的标准耗氧速率；/>表示标准氧浓度；/>表示所述低温氧化实验中的预调配气体流入所述煤样罐前的氧浓度；
按照公式：
；
确定所述煤样罐内轴向任意点处的一氧化碳摩尔浓度/>；
式中，表示温度/>时所述煤样罐内的标准一氧化碳生成速率；/>表示所述煤样罐的横截面面积；/>表示所述煤样罐内轴向任意点/>处的氧气摩尔浓度；
步骤S102、根据所述煤样罐内的轴向氧气摩尔浓度及一氧化碳摩尔浓度，构建所述煤样的一氧化碳生成指数模型；其中，所述煤样的一氧化碳生成指数模型为：
；
式中，表示煤的一氧化碳生成指数；/>表示所述预调配气体流经所述煤样罐后的一氧化碳摩尔浓度；/>表示所述预调配气体流经所述煤样罐后的氧气摩尔浓度；/>表示所述煤样罐的长度；
步骤S103、基于所述一氧化碳生成指数模型，根据所述煤样的低温氧化实验的数据，计算不同温度下所述煤样的一氧化碳生成指数，以确定所述煤样的自燃临界温度；
步骤S104、根据所述煤样的自燃临界温度，构建所述煤样的自燃倾向性判识模型，以对所述煤样对应的煤层的自燃倾向性进行判识。
2.根据权利要求1所述的基于一氧化碳生成指数的煤自燃倾向性判识方法，其特征在于，步骤S103包括：
基于所述一氧化碳生成指数模型，根据所述煤样的低温氧化实验的数据，计算不同温度下所述煤样的一氧化碳生成指数，并对不同温度下所述煤样的一氧化碳生成指数进行拟合，得到所述煤样的一氧化碳生成指数拟合曲线；
响应于所述煤样的一氧化碳生成指数开始偏离所述一氧化碳生成指数曲线，确定对应的温度为所述煤样的自燃临界温度。
3.根据权利要求1所述的基于一氧化碳生成指数的煤自燃倾向性判识方法，其特征在于，在步骤S104中，
按照公式：
；
确定所述煤样的自燃临界温度的自燃倾向性判识指数/>；其中，/>均为指数系数；
根据所述自燃倾向性判识指数，确定所述煤样自燃倾向等级，以对所述煤样对应的煤层的自燃倾向性进行判识。
4.一种基于一氧化碳生成指数的煤自燃倾向性判识系统，其特征在于，包括：
浓度计算单元，配置为基于预先构建的煤样的氧浓度分布模型及一氧化碳浓度分布模型，得到所述煤样在低温氧化实验的煤样罐内的轴向氧气摩尔浓度及一氧化碳摩尔浓度；其中，按照公式：
；
确定所述煤样罐内轴向任意点处的氧气摩尔浓度/>；
式中，表示氧气在所述煤样罐的横截面的质量流量；/>表示所述煤样罐沿轴向的坐标；/>表示煤样孔隙率；/>表示所述煤样罐的横截面面积；/>表示温度/>时所述煤样的标准耗氧速率；/>表示标准氧浓度；/>表示所述低温氧化实验中的预调配气体流入所述煤样罐前的氧浓度；
按照公式：
；
确定所述煤样罐内轴向任意点处的一氧化碳摩尔浓度/>；
式中，表示温度/>时所述煤样罐内的标准一氧化碳生成速率；/>表示所述煤样罐的横截面面积；/>表示所述煤样罐内轴向任意点/>处的氧气摩尔浓度；
模型构建单元，配置为根据所述煤样罐内的轴向氧气摩尔浓度及一氧化碳摩尔浓度，构建所述煤样的一氧化碳生成指数模型；其中，所述煤样的一氧化碳生成指数模型为：
；
式中，表示煤的一氧化碳生成指数；/>表示所述预调配气体流经所述煤样罐后的一氧化碳摩尔浓度；/>表示所述预调配气体流经所述煤样罐后的氧气摩尔浓度；/>表示所述煤样罐的长度；
临界温度确定单元，配置为基于所述一氧化碳生成指数模型，根据所述煤样的低温氧化实验的数据，计算不同温度下所述煤样的一氧化碳生成指数，以确定所述煤样的自燃临界温度；
自燃判识单元，配置为根据所述煤样的自燃临界温度，构建所述煤样的自燃倾向性判识模型，以对所述煤样对应的煤层的自燃倾向性进行判识。
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2023
- 2023-09-05 CN CN202311137037.4A patent/CN116864024B/zh active Active
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