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[摘 要]李嘴孜矿3232（3）工作面采集煤样按照粒度筛分，通过程序升温实验，选定出自然发火预测指标气体。
[关键词]自然发火，指标气体
中图分类号：TQ533.5 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）48-0038-02
The selected index gas of lizuizi mine spontaneous combustion
Chen Guoguo
（of huainan mining group business development Anhui huainan 232001）
[Abstract]collect coal sample according to the granularity classification at the coal mine of Lizuizi3232（3），choose the prediction index gas of spontaneous combustion by the temperature programmed experiment.
[Key words]spontaneous combustion，index gas.
1 引言
煤炭自然发火是一个缓慢的氧化过程，在此过程中，将会产生一系列气体。通过各种气体产生量的变化，可以对煤炭早期自然发火进行预测预报。为了找出煤炭自然发火指标气体与温度变化之间的关系，以及升温过程中的耗氧速度，对李嘴孜矿13煤采样进行煤样程序升温实验，对实验数据分析比较后，得出适合该矿井早期自然发火预测预报工作的指标气体。
2 矿井概况
李嘴孜矿位于安徽省淮南市八公山区，东与新庄孜矿接界。李嘴孜矿为一矿两井，经安徽省经计委员会、安徽煤矿安全监察局核定生产能力为90万吨。
矿井采用混合式通风方式，矿井相对瓦斯涌出量为6.41m3/t，绝对瓦斯涌出量为16.09m3/min，瓦斯等级为煤与瓦斯突出矿井，突出煤层为C13、B11b、B9b、B7b、B4b、A1煤层。A1-C15煤层均具有自燃发火倾向，发火期1-4个月，主要可采煤层的煤尘均具有强爆炸性。
3 煤样程序升温实验
3.1 实验原理
煤的自燃是一个相当复杂的物理、化学变化过程，主要是煤氧复合反应产生热量，其过程与放热的特性根据煤样的空隙率、温度、与空气的接触面等因素有关。采集煤样分解成不同粒度后在程序升温箱中加热，测出CH4、CO、CO2等气体的产生量[1-3]。
3.2 实验装置
整个装置分为三个部分，如图1所示：
（1）气路部分
气体压缩机内产生的气体经过流量计后，在恒温箱内预热，经过试管内煤样，最后进入气相色谱仪进行气体的分析。
（2）试管及控温部分
（3）气体采集及分析部分
试管煤样中气体通过干燥器后，由取气袋取气，进入气相色谱仪进行气体组分的分析。
3.3 实验条件
从李嘴孜矿3232（3）工作面采集煤样，破碎、筛分出粒度分别为0-0.9mm、0.9-3mm、3-5mm、5-7mm、7-10mm及混合的6种煤样，在恒温箱中进行实验。
实验条件见表1：
4 指标气体的选择
4.1 指标气体的选择原则
煤炭自然发火是一个缓慢的过程，随着氧化过程的发生，将产生一系列反映没按自然发火特征的气体。选择自然发火的指标气体主要原则包括易于监控，易于测量，规律性强等。在煤炭的氧化过程中，会释放出CO、CO2、CO、烷烃、烯烃、炔烃等气体，在实际中也应用这些气体来衡量煤炭发火的程度。
4.2 指标气体分析
（1）一氧化碳（CO）
分别对1#-6#煤样进行升温实验，采集不同温度的气体进行气相色谱分析。温升曲线如图2所示。
由上图可以看出，在80℃开始有CO产生，各煤样的CO产生速率总体趋势一致。温度上升后，CO的产生速率增大，具有很强的规律性。煤体温度在80-120℃，CO的浓度变化较小；煤体温度超过120℃后，CO浓度开始增加较多；煤体温度超过140℃后，CO浓度与温度基本上为线性关系。
有分析可得，CO检测煤炭自然发火灵敏度较高，尤其在煤体温度上升到80℃以后，可以比较容易的检测到该气体的存在。采空区或有自然发火危险的地方CO持续存在并且不断增加，即说明该处存在自燃发火。
（2）二氧化碳（CO2）
由图3可以看出，CO2产生量与CO基本相同，都随着温度的升高呈上升趋势。
不同粒径煤样 CO2浓度与温升关系曲线图
需要注意的是，CO2的浓度容易受到环境影响。如井下环境中CO2涌出，井下碳酸盐与酸性水的反应都可能生成CO2，从而使空气中CO2的浓度高于火灾中的CO2浓度。当气流流经潮湿的煤壁时所含CO2被吸收，浓度也可能减少。因此，CO2不适合作为指标气体。
（3）甲烷（CH4）
煤体中的CH4主要为成煤阶段时吸附在煤炭上所形成，常温时检测到CH4气体，可以认为是煤体遭到破碎脱附的结果。
如图4所示，30℃时检测到脱附的CH4气体；30-80℃时，CH4气体含量变化不大； 80-120℃时，浓度呈线性变化；温度超120℃，浓度呈指数变化。温度超过180℃后，氧化可能会产生其他的烷、烯、炔烃导致CH4浓度降低。
CH4不适合作为指标气体，是因为煤体本身含有CH4。
（4）其他有机气体
链烷比可以作为研究气体浓度与温度关系的重要依据，也可以克服单一气体由于井下环境影响而不能准确测定其含量的问题。
C2H4 出现的时间较晚，且含量较低。但如发现C2H4气体，说明煤炭已经开始自燃。其他烷烃、烯烃、炔烃均未发现。
5、结论
选择井下自然发火预测指标气体时，应综合考虑各方面因素，其中最主要的因素是易于测量，而且能够杜绝其他因素的影响。综合考虑以上因素，在实际工作中，可采取CO为主，C2H4为辅，其他烷烃、烯烃、炔烃做验证的方法。
参考文献
[1] 王佰顺，邵辉，石必明.煤炭自燃预测指标气体的试验研究[J].煤矿开采， 2001（1）.
[2] 许延辉，许满贵，徐精彩.煤自燃火灾指标气体预测预报的几个关键问题探讨[J].矿业安全与环保，2005（2）：16-18.
[3] 王永湘.利用指标气体预测预报煤矿自燃火灾[J].煤矿安全.2001（6）：15-16.
[关键词]自然发火，指标气体
中图分类号：TQ533.5 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）48-0038-02
The selected index gas of lizuizi mine spontaneous combustion
Chen Guoguo
（of huainan mining group business development Anhui huainan 232001）
[Abstract]collect coal sample according to the granularity classification at the coal mine of Lizuizi3232（3），choose the prediction index gas of spontaneous combustion by the temperature programmed experiment.
[Key words]spontaneous combustion，index gas.
1 引言
煤炭自然发火是一个缓慢的氧化过程，在此过程中，将会产生一系列气体。通过各种气体产生量的变化，可以对煤炭早期自然发火进行预测预报。为了找出煤炭自然发火指标气体与温度变化之间的关系，以及升温过程中的耗氧速度，对李嘴孜矿13煤采样进行煤样程序升温实验，对实验数据分析比较后，得出适合该矿井早期自然发火预测预报工作的指标气体。
2 矿井概况
李嘴孜矿位于安徽省淮南市八公山区，东与新庄孜矿接界。李嘴孜矿为一矿两井，经安徽省经计委员会、安徽煤矿安全监察局核定生产能力为90万吨。
矿井采用混合式通风方式，矿井相对瓦斯涌出量为6.41m3/t，绝对瓦斯涌出量为16.09m3/min，瓦斯等级为煤与瓦斯突出矿井，突出煤层为C13、B11b、B9b、B7b、B4b、A1煤层。A1-C15煤层均具有自燃发火倾向，发火期1-4个月，主要可采煤层的煤尘均具有强爆炸性。
3 煤样程序升温实验
3.1 实验原理
煤的自燃是一个相当复杂的物理、化学变化过程，主要是煤氧复合反应产生热量，其过程与放热的特性根据煤样的空隙率、温度、与空气的接触面等因素有关。采集煤样分解成不同粒度后在程序升温箱中加热，测出CH4、CO、CO2等气体的产生量[1-3]。
3.2 实验装置
整个装置分为三个部分，如图1所示：
（1）气路部分
气体压缩机内产生的气体经过流量计后，在恒温箱内预热，经过试管内煤样，最后进入气相色谱仪进行气体的分析。
（2）试管及控温部分
（3）气体采集及分析部分
试管煤样中气体通过干燥器后，由取气袋取气，进入气相色谱仪进行气体组分的分析。
3.3 实验条件
从李嘴孜矿3232（3）工作面采集煤样，破碎、筛分出粒度分别为0-0.9mm、0.9-3mm、3-5mm、5-7mm、7-10mm及混合的6种煤样，在恒温箱中进行实验。
实验条件见表1：
4 指标气体的选择
4.1 指标气体的选择原则
煤炭自然发火是一个缓慢的过程，随着氧化过程的发生，将产生一系列反映没按自然发火特征的气体。选择自然发火的指标气体主要原则包括易于监控，易于测量，规律性强等。在煤炭的氧化过程中，会释放出CO、CO2、CO、烷烃、烯烃、炔烃等气体，在实际中也应用这些气体来衡量煤炭发火的程度。
4.2 指标气体分析
（1）一氧化碳（CO）
分别对1#-6#煤样进行升温实验，采集不同温度的气体进行气相色谱分析。温升曲线如图2所示。
由上图可以看出，在80℃开始有CO产生，各煤样的CO产生速率总体趋势一致。温度上升后，CO的产生速率增大，具有很强的规律性。煤体温度在80-120℃，CO的浓度变化较小；煤体温度超过120℃后，CO浓度开始增加较多；煤体温度超过140℃后，CO浓度与温度基本上为线性关系。
有分析可得，CO检测煤炭自然发火灵敏度较高，尤其在煤体温度上升到80℃以后，可以比较容易的检测到该气体的存在。采空区或有自然发火危险的地方CO持续存在并且不断增加，即说明该处存在自燃发火。
（2）二氧化碳（CO2）
由图3可以看出，CO2产生量与CO基本相同，都随着温度的升高呈上升趋势。
不同粒径煤样 CO2浓度与温升关系曲线图
需要注意的是，CO2的浓度容易受到环境影响。如井下环境中CO2涌出，井下碳酸盐与酸性水的反应都可能生成CO2，从而使空气中CO2的浓度高于火灾中的CO2浓度。当气流流经潮湿的煤壁时所含CO2被吸收，浓度也可能减少。因此，CO2不适合作为指标气体。
（3）甲烷（CH4）
煤体中的CH4主要为成煤阶段时吸附在煤炭上所形成，常温时检测到CH4气体，可以认为是煤体遭到破碎脱附的结果。
如图4所示，30℃时检测到脱附的CH4气体；30-80℃时，CH4气体含量变化不大； 80-120℃时，浓度呈线性变化；温度超120℃，浓度呈指数变化。温度超过180℃后，氧化可能会产生其他的烷、烯、炔烃导致CH4浓度降低。
CH4不适合作为指标气体，是因为煤体本身含有CH4。
（4）其他有机气体
链烷比可以作为研究气体浓度与温度关系的重要依据，也可以克服单一气体由于井下环境影响而不能准确测定其含量的问题。
C2H4 出现的时间较晚，且含量较低。但如发现C2H4气体，说明煤炭已经开始自燃。其他烷烃、烯烃、炔烃均未发现。
5、结论
选择井下自然发火预测指标气体时，应综合考虑各方面因素，其中最主要的因素是易于测量，而且能够杜绝其他因素的影响。综合考虑以上因素，在实际工作中，可采取CO为主，C2H4为辅，其他烷烃、烯烃、炔烃做验证的方法。
参考文献
[1] 王佰顺，邵辉，石必明.煤炭自燃预测指标气体的试验研究[J].煤矿开采， 2001（1）.
[2] 许延辉，许满贵，徐精彩.煤自燃火灾指标气体预测预报的几个关键问题探讨[J].矿业安全与环保，2005（2）：16-18.
[3] 王永湘.利用指标气体预测预报煤矿自燃火灾[J].煤矿安全.2001（6）：15-16.