【摘要】：針對金鳳礦011805工作面缺乏科學(xué)的煤自燃早期預(yù)報指標(biāo)問題,運用大型煤自然發(fā)火實驗臺對金鳳礦煤樣進行煤自燃相似模擬實驗,得到煤自燃過程中CO濃度及產(chǎn)生率規(guī)律,并結(jié)合011805工作面實際條件和采空區(qū)"三帶"分布參數(shù),采用工作面上隅角CO濃度安全指標(biāo)計算模型,給出了011805工作面煤自燃早期預(yù)報定量指標(biāo)。結(jié)合011805工作面正�；夭善陂g上隅角CO濃度實測結(jié)果,驗證了CO濃度安全指標(biāo)能夠滿足011805工作面煤自燃早期預(yù)報的要求。
【圖文】：

1O2(1－exp(－V0O2(T)SL/(QC0O2)))(1)式中:V0CO(T)、V0O2(T)分別為在標(biāo)準(zhǔn)氧濃度時CO產(chǎn)生率和煤的耗氧速度，mol/(cm3·s);C2CO、C1CO分別為前后2點CO濃度，mol/cm3;Q為供風(fēng)量，mL/min;S為罐體底面積，cm2;L為前后倆測點之間的距離，cm;C1O2、C0O2分別為爐體中的某一點和新鮮空氣中的氧氣濃度，mol/cm3。將實測的入口和出口CO濃度和計算得到的耗氧速率及其他參數(shù)代入式(1)，即可得煤升溫過程中爐內(nèi)煤最高溫度與CO產(chǎn)生率的關(guān)系(圖1)。圖1CO體積分?jǐn)?shù)及產(chǎn)生率與最高溫度變化關(guān)系由圖1可知，金鳳礦煤樣在煤層自燃過程中CO是比較靈敏的氣體，在實驗常溫開始階段就有一定量CO出現(xiàn)，并且隨著溫度升高CO氣體濃度增大，呈現(xiàn)出指數(shù)增長規(guī)律。溫度在55～60℃時，CO濃度出現(xiàn)第1次明顯劇烈的增幅，此后CO濃度保持持續(xù)快速增長，CO產(chǎn)生率與CO濃度表現(xiàn)出相類似的規(guī)律。說明此溫度段是煤氧復(fù)合反應(yīng)從低溫緩慢氧化到加快氧化的1個轉(zhuǎn)折點，即該溫度段為臨界溫度。當(dāng)溫度在90～100℃時，CO濃度出現(xiàn)第2次明顯劇烈的增幅，CO產(chǎn)生率也發(fā)生相類似的規(guī)律，即該溫度段為干裂溫度。在整個煤體自燃升溫過程中CO變化規(guī)律，可良好地表征出煤自燃反應(yīng)進行的程度。因此，可以把CO氣體作為金鳳礦煤早期自然發(fā)火的預(yù)報指標(biāo)。2工作面上隅角煤自燃早期預(yù)報指標(biāo)2．1工作面煤自燃參數(shù)觀測在馬家灘礦區(qū)金鳳礦011805工作面正常開采條件下，對其現(xiàn)場條件以及采空區(qū)煤自燃“三帶”參數(shù)統(tǒng)計見表2。表2金鳳礦011805工作面的參數(shù)參數(shù)參數(shù)值工作面長度/m289配風(fēng)量/(m3·min－1)807開采厚度/m3．85工作面面積/m21112．65平均推進速度/(m·d－1)5．4回采率/%90

預(yù)測值為73×10－6。當(dāng)上隅角CO濃度值達到315×10－6時，表征采空區(qū)遺煤開始氧化自燃且溫度達到臨界溫度，即出現(xiàn)高溫區(qū)域。此時應(yīng)立即采取防滅火措施，如措施不及時煤氧復(fù)合會自動加速上隅角CO濃度值很快達到1313×10－6，且溫度將達到干裂溫度。通過對不同溫度階段CO濃度的計算，可對馬家灘礦區(qū)金鳳礦011805工作面煤自燃程度進行定性的分析。3現(xiàn)場應(yīng)用上述金鳳礦011805工作面上隅角CO濃度預(yù)測指標(biāo)進行了現(xiàn)場應(yīng)用。對011805工作面上隅角進行日常人工取氣色譜分析得出CO濃度變化規(guī)律具體統(tǒng)計(圖2)。圖2011805工作面日常上隅角CO濃度與時間關(guān)系由圖2可以看出，，在日常正�；夭善陂g，金鳳礦011805工作面上隅角CO濃度保持在10×10－6左右，明顯低于常溫狀態(tài)模型預(yù)測值。當(dāng)工作面臨時停采與停采回收時，由于采取了合理的防滅火措施，上隅角CO濃度最高未超過40×10－6，低于常溫狀態(tài)模型預(yù)測值。當(dāng)?shù)刭|(zhì)構(gòu)造和機械設(shè)備故障等原因?qū)е鹿ぷ髅嫱七M減緩時，上隅角CO濃度出現(xiàn)快速增加，最高達到84×10－6，超于常溫狀態(tài)模型預(yù)測值73×10－6，此時采用采空區(qū)注漿、注氮并加快工作面推進度等方法，上隅角CO濃度逐漸趨于正常。因此，通過現(xiàn)場實測工作面上隅角CO濃度變化規(guī)律與數(shù)學(xué)計算模型預(yù)測指標(biāo)進行比較，驗證了基于工作面上隅角CO濃度安全指標(biāo)的煤自然預(yù)報技術(shù)可反應(yīng)采空區(qū)煤自燃程度，并能夠科學(xué)地指導(dǎo)金鳳礦011805工作面相應(yīng)的日常防滅火工作，很大程度上降低煤自然發(fā)火的概率，保障正常生產(chǎn)。4結(jié)論1)在自然發(fā)火模擬實驗中，CO氣體濃度在整個自燃過程中都與溫度有很好的對應(yīng)關(guān)系，并于55～60℃和90～100℃時CO氣體濃度與CO產(chǎn)生率出現(xiàn)明顯增加。因此，可以把CO氣體作為煤早期煤自燃指標(biāo)氣體。2)結(jié)

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