【摘要】：煤炭自燃是煤炭開采、儲(chǔ)運(yùn)過程中存在的一種自然災(zāi)害。國內(nèi)外常用指標(biāo)氣體分析法來預(yù)測煤自燃,其中最具廣泛采用的氣體為CO。但近來在國內(nèi)部分礦井中發(fā)現(xiàn)CO氣體涌出異常,而且并沒有伴隨煤自燃的發(fā)生,如何界定CO的來源成為了廣大學(xué)者的研究重點(diǎn)。本文以旬耀礦區(qū)為研究對象,考察了該礦區(qū)井下CO的賦存情況,研究了該礦區(qū)煤樣在不同影響因素下對CO的吸附解吸特征,同時(shí)結(jié)合氧同位素分析法,通過取井下煤巖層CO氣樣測定其氧同位素含量,對比實(shí)驗(yàn)室不同氣氛下煤樣升溫產(chǎn)生CO氧同位素含量,最終分析得出旬耀礦區(qū)煤系地層存在原生CO。通過現(xiàn)場鉆孔取樣,研究了旬耀礦區(qū)煤層及巖層中的CO賦存情況。鉆孔采用水力排渣,常溫解吸避免了高溫條件下煤氧化產(chǎn)生CO。對比測試了旬耀礦區(qū)不同地點(diǎn)煤層和頂板中的CO含量,結(jié)果表明,旬耀礦區(qū)井下煤巖層中含有CO氣體但含量分布不均勻。深入研究了常溫、常壓下,不同粒徑、不同混合氣體、溫度、壓力及含水率等相關(guān)因素對煤樣吸附CO能力和特性的影響,得出了煤樣粒徑影響CO吸附的規(guī)律;通過其對混合氣體的吸附解吸實(shí)驗(yàn),揭示了煤樣對氣體的吸附能力(CO2COCH4N2),闡明了旬耀礦區(qū)煤樣對CO及混合氣體吸附解吸能力的強(qiáng)弱,同時(shí)進(jìn)一步分析了水分、溫度和壓力對煤樣吸附解吸CO的作用機(jī)制。收集井下不同地點(diǎn)的氣樣,利用氧同位素測定方法測定其CO中氧同位素值。對比測試旬耀礦區(qū)煤樣在不同溫度和不同氣氛(空氣氣氛和氬氣氣氛)條件下反應(yīng)產(chǎn)物CO中的氧同位素值,煤氧復(fù)合反應(yīng)比煤裂解反應(yīng)產(chǎn)物CO中的氧同位素值(δ18O)輕。同時(shí)煤氧復(fù)合反應(yīng)和煤裂解反應(yīng)產(chǎn)物CO中的氧同位素值均隨著溫度的升高而降低,但與反應(yīng)溫度的影響相比,不同反應(yīng)氣氛對產(chǎn)物CO中氧同位素值的差異起決定性作用,即揭示了旬耀礦區(qū)井下工作面中CO氣體主要來自于成煤過程中,屬于原生CO氣體。氧同位素測試表明,井下煤巖層氣體中CO中的氧同位素值,更接近氬氣氣氛中的CO中氧同位素值,分析認(rèn)為旬耀礦區(qū)井下煤巖層中含有原生CO,而非煤氧化所產(chǎn)生的CO。同時(shí)利用氧化升溫實(shí)驗(yàn),選擇CO增加倍數(shù)和CO氣體中氧同位素變化作為該礦區(qū)煤自燃的預(yù)測方法。本文基于旬耀礦區(qū)的成煤地質(zhì)特征,借助大量的現(xiàn)場試驗(yàn)和實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn),分析了旬耀礦區(qū)井下CO的賦存狀況;深入研究了該礦區(qū)煤樣對CO的吸附解吸能力;利用氧同位素分析方法辨識(shí)該礦區(qū)井下氣體CO的成因類型;最終提出了適合該礦區(qū)煤自燃預(yù)測方法。研究成果對認(rèn)識(shí)煤系地層原生CO及準(zhǔn)確預(yù)測煤自燃具有一定的指導(dǎo)意義。
[Abstract]:Coal spontaneous combustion is a natural disaster in the process of coal mining, storage and transportation. The commonly used index gas analysis method at home and abroad is used to predict spontaneous combustion of coal, and the most widely used gas is CO.. Recently, however, abnormal CO gas emission has been found in some mines in China, and it has not been accompanied by spontaneous combustion of coal. How to define the origin of CO has become the research focus of many scholars. In this paper, the occurrence of CO in the mining area is investigated, and the adsorption and desorption characteristics of CO in coal samples under different influence factors are studied. At the same time, the adsorption and desorption of CO by oxygen isotope analysis are also studied. The oxygen isotopic content of CO gas samples from underground coal strata is determined by comparing the CO oxygen isotopic content of coal samples heated in different atmosphere in laboratory. Finally, it is concluded that the original CO. exists in the coal measure strata of ten years Yaoyao mining area. The occurrence of CO in coal seams and strata of ten years Yaoyao mining area was studied by drilling sampling in situ. Hydraulic slag discharge is used in drilling, desorption at room temperature avoids coal oxidation to produce CO. under high temperature. The content of CO in coal seam and roof at different locations in ten years Yaoyao mining area is compared and measured. The results show that the content of CO gas in coal strata of ten years Yaoyao mining area is uneven but the content of CO is not uniform. The influence of different particle size, mixed gas, temperature, pressure and moisture content on the adsorption ability and characteristics of CO in coal samples were studied in depth, and the regularity of influence of coal particle size on CO adsorption was obtained. The adsorption and desorption ability (CO2COCH4N2) of coal sample to mixed gas is revealed through the adsorption and desorption experiment of mixed gas. The strength of adsorption and desorption ability of coal sample to CO and mixed gas in ten years Yaoyao mining area is clarified, and the moisture content is further analyzed. The effect of temperature and pressure on adsorption and desorption of CO from coal samples. The oxygen isotopes in CO were measured by oxygen isotope method. The oxygen isotopic values of the reaction product CO at different temperatures and different atmospheres (air atmosphere and argon atmosphere) were compared and tested. The oxygen isotope value (未 18 O) of the coal-oxygen composite reaction was lighter than that of the coal pyrolysis product CO. At the same time, the oxygen isotope values in CO of coals and coal pyrolysis products decreased with the increase of temperature, but different reaction atmospheres played a decisive role in the difference of oxygen isotopic values in CO products compared with the effect of reaction temperature. It is revealed that the CO gas in the coal mining face is mainly derived from the coal forming process and belongs to the primary CO gas. The oxygen isotope test shows that the oxygen isotope value of CO in underground coal and rock gas is closer to the oxygen isotope value of CO in argon atmosphere. It is considered that there is primary CO, in coal and rock strata in Jianyao mine area instead of CO. produced by coal oxidation. At the same time, the oxygen isotope change in CO gas and CO increase multiple are selected as the prediction methods of spontaneous combustion of coal in the mining area. Based on the geological characteristics of coal-forming in ten years Yaoyao mining area, the occurrence of CO in the mine is analyzed by a large number of field tests and laboratory experiments, and the adsorption and desorption ability of the coal sample to CO is studied in depth. The oxygen isotope analysis method is used to identify the origin types of underground gas CO in the mining area, and finally a prediction method suitable for coal spontaneous combustion in the mining area is put forward. The research results have certain guiding significance for recognizing the primary CO of coal measure strata and accurately predicting coal spontaneous combustion.
【學(xué)位授予單位】：中國礦業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TD752.2

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