高湿度条件下新安煤矿3煤层自然发火规律研究

李付海

摘 要：为了掌握新安煤矿高湿度易自燃煤层自然发火规律，防止工作面推进过程中发生采空区遗煤自燃，对新安煤矿3402工作面煤自燃特性基础参数及自然发火指标气体进行了研究。研究表明：空气相对湿度对煤自燃有着显著的影响。空气相对湿度越高，煤低温氧化阶段反应强度越强，煤自燃危险性越大；同时确定了CO与C2H4作为煤自燃早期预测预报的指标气体。

关键词：空气湿度；采空区；自燃“三带”；氧浓度

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.10.077

1 引言

煤矿生产最严重的灾害之一就是采空区的遗煤自燃，每年导致的直接损失和间接损失达百亿元。如果对煤自燃治理不及时，很容易导致煤由低温氧化阶段发展到自然发火阶段，甚至会发生瓦斯爆炸事故，从而造成重大的人员伤亡和经济损失。

新安煤矿3煤层为主采煤层，大部分工作面都采用综采放顶煤开采技术，采空区遗煤量较大，采空区漏风严重，导致采空区发生煤自燃发火的危险性较较大[1-3]。此外，3煤层开采深度距地表较深，煤层温度长时间处于30℃以上的高温环境中，矿井空气相对湿度较大。矿井空气湿度对煤自燃有着显著的影响[4-5]，目前国内外的学者主要针对空气湿度对煤自燃放热量的影响进行研究，而对煤自燃的特性缺乏相关研究。因此，本文研究高湿度条件下3煤层的自然发火规律，不仅可以为煤矿现场采空区遗煤自燃的治理提供指导理论，对煤矿现场的防灭火也具有重要的现实意义。

2 煤自燃指标气体的研究及分析

采用程序升温的方法进行指标气体检测是比较常用的测试方法。通过研究高湿度条件下煤自燃指标气体的产生规律，可以为高湿度矿井煤自燃的预测预报提供指导依据。试验煤样取自枣庄矿业集团新安煤矿3402回风隅角，由于新安煤矿3402工作面长期处于35℃的高温环境下，空气相对湿度达到90%以上，所取煤样具有代表性。通过采集、密封运至实验室，试验前，先剥去其表面的氧化层，然后对其进行破碎，筛分80目粒径煤样500g，以50g为一组备用。试验时，将试验煤样分别通入干空气（相对湿度RH为0%）和相对湿度为30%、60%、100%的空气，研究不同湿度条件下新安煤矿煤的交叉点温度、耗氧量和指标气体产生结果及规律。

对新安煤矿3402工作面煤样测试，得到不同湿度条件下CO、C2H4产生量与温度的关系如图1，图2所示。

由图1，图2可以得出以下结论：

（1）新安煤矿煤氧化过程中，CO气体浓度随氧化温度升高而增大，在高湿度条件下，温度达到30℃就能产生CO；在煤低温氧化阶段，空气相对湿度越大，CO产生量越大；CO浓度存在突变临界温度90℃，温度超过90℃后，CO浓度急剧增加。

（2）不同空气湿度条件下对C2H4的产生影响较大，在空气相对湿度100%条件下，80℃就出现。在煤低温氧化阶段，空气相对湿度越大，C2H4产生量越大。

总体来看，新安煤矿煤样在低温氧化过程产生量较大的指标气体，随温度上升浓度的增加速率也比较大；可以用CO、C2H4指标气体的出现对煤体达到的氧化温度进行定性判断。

3 结论

在空气相对湿度为100%的条件下，环境温度达到30℃就能产生CO；C2H4在80℃就会出现。在煤低温氧化阶段，矿井相对湿度越大，CO产生量越大；CO存在突变临界温度90℃，超过90℃后，CO产生量迅速增大。

参考文献：

[1]何启林，王德明.综放面采空区遗煤自然发火过程动态数值模拟[J].中国矿业大学学报，2004，33（01）：11-14.

[2]徐精彩，文虎.綜放面采空区遗煤自燃危险区域判定方法的研究[J].中国科学技术大学学报，2002，32（06）：672-677.

[3]李宗翔.采空区遗煤自燃过程及其规律的数值模拟研究[J].中国安全科学学报，2005，15（06）：15-19.

[4]肖旸，李青蔚，鲁军辉.空气相对湿度对煤自燃特性的影响研究[J].中国安全科学学报，2015，25（03）：34-40.

[5]Stott J B. Influence of moisture on the spontaneous heating of coal[J].Nature，1960，188（4744）：54-54.