井下煤层自燃会释放出气体,这些气体通常被称为煤自燃气体产物。煤自燃气体产物是由煤自燃氧化气体及煤吸附气体两部分组成的,煤自燃氧化气体是由于煤自身发生氧化反应从而产生的气体产物;煤吸附气体是由于在成煤过程中部分气体被吸附在煤的孔隙之内,随着温度升高气体开始逸出。

打开网易新闻 查看精彩图片

煤体中由于碳和空气接触,发生氧化反应从而分解得出的产物称之为煤自然氧化气体,主要是由CO、CO2、CH4、C2H6、C3H8、C4H10、C2H4、C3H6和C2H2等气体组合而成。根据已有研究成果表明:CO、烷烃、烯烃是煤在发生自燃的过程中发生的氧化反应所产生的气体产物,这类气体组分不属于煤吸附气体。即使有些研究表明CO存在于吸附气体当中,但此类报道极为少见。所以由CO、烷烃烯烃所构成的气体组分可以视作煤自燃氧化进程中的标志性气体,其生成的规律在含量值和生成顺序上都存在着较大的差别。

煤吸附气体中主要的成分是CH4和CO2气体,其中还存在着其他烷烃气体。例如C2H6、C3H8和C4H10等,但烷烃气体的含量很少,通常只有ppm级别。这些烷烃气体根据碳原子数随沸点由低到高排列,随着温度升高逐一被释放。在低温阶段,由于烷烃气体自身的解吸浓度比较高,因此烷烃气体浓度会随着煤体温度的升高而逐渐降低,直至达到最低点。气体浓度含量又随温度增加而增加,但增加速率相对较缓。在这个阶段产生的气体总量与煤的变质程度、粒度和孔隙率等因素相关。因此煤的种类不同,其指标气体差异也较大。随着煤体温度的升高,不同温度下会产生不同的气体,并且气体浓度逐渐增加。这种变化规律称之为煤吸附气体产物的生成规律,其主要受煤本身的物理化学性质和表面性能的影响。

徐州吉安矿业科技有限公司研发的ZQC6/6型井下束管气体采样装置具有自动、手动两种采样控制模式,是一种具有多区域循环采样、七种气体浓度检测及实时数据传输、存储的高效控制系统。通过就近部署在工作面等监测地点附近,可有效缩短气体输送距离,避免漏气污染,造成数据失准。同时采用就地分析,实时上传的策略,使气体监测值更具有时效性。配合地面系统软件对采集的煤矿井下火灾标志性气体值进行统计、分析,实现对煤自燃发展程度的智能判断与预警,可以早期监测预报火灾状况,为煤矿井下各类自燃火灾预报和防治工作提供科学依据。

参考文献:

[1]李娅琪.麻地梁煤矿509工作面煤柱裂隙演化及漏风特性研究[D].华北科技学院,2023.