应用气体分析法预测预报煤自然发火

２００７年４月矿业安全与环保第３４卷第２期应用气体分析法预测预报煤自然发火

王福生，郭立稳，张嘉勇，朱令起

（河北理工大学资源与环境学院，河北唐山０６３００９）

摘要：通过煤的升温氧化实验，分析煤氧化释放气体随煤温变化规律，确定煤自然发火预测预报的指标气体。运用灰色关联分析方法，对各主要指标气体进行了可信度分析。根据实验数据和分析结果，建立了煤自然发火的预报系统。

关键词：煤炭；自然发火；预测预报；指标气体；灰色关联分析

中图分类号：Ⅱ）７５＋２文献标识码：Ｂ文章编号：１００８—４４９５（２００７）０２—００２１—０２

自燃火灾是煤矿的重大灾害之一，严重地影响着煤矿的正常生产［１］。做好煤炭自然发火早期预测预报工作是预防自燃火灾的关键，目前普遍采用的预报方法是气体分析法［２。４］。应用气体分析法预测预报煤自然发火，首先要找出能反映煤自然发火特征的指标气体。在实践过程中，经常发现各指标气体给出不同甚至相反的预报结果，因此必须对各指标气体的可信度进行分析，避免漏报或误报。

１煤的升温氧化实验

１．１实验系统

本实验主要是通过测定煤升温氧化过程中所放出的一系列反映煤自燃特征气体的含量，并根据气体生成量随煤温升高的变化规律，找出可以灵敏、准确地反映煤早期自燃特征的气体，作为指标气体进行煤炭自然发火的早期预测预报。

实验系统是由煤加热升温氧化系统、气体进样和分析系统、数据处理系统等部分组成，如图１所示。

１．２结果分析

本次实验分别从开滦赵各庄矿９煤层和１２煤层采集了９个煤样进行升温氧化实验。对实验结果分析可知：适合于赵各庄矿煤炭自然发火预测预报的指标气体主要是一氧化碳（ＣＯ）、乙烷（Ｃ２Ｈ６）、乙

收稿日期；２００６—０８—０３；２００６—１１—０８修回

作者简介：王福生（１９７３一），男，河北唐山人，博士，副教授，主要从事矿井瓦斯防治、矿井火灾防治技术、矿山环境保护等方面的研究工作。烯（Ｃ２Ｈ４）和乙烯比乙烷（ＱＨ４／Ｃ２Ｈ６）。煤的自燃氧化过程分为３个氧化阶段：缓慢氧化阶段、加速氧化阶段和激烈氧化阶段。３个阶段的温度范围：＜１８０℃，１８０～３００℃，＞３００℃。

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加热系统

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２指标气体可信度分析

采用灰色关联分析法［５“］，通过计算煤在氧化过程中各指标气体与煤温的关联度，来评判各指标气体的可信度。

由实验结果分析可知，缓慢氧化阶段（＜１８０℃）的指标气体主要是ＣＯ和ＱＨ６，此阶段各煤样ＣＯ体积分数随温度变化比Ｃ２Ｈ６表现出了更强的规律性，而且出现较早，作为预测指标气体明显优于Ｃ２Ｈ６，在这里对二者不再进行关联分析。而在加速氧化阶段（１８０—３００ｏＣ），Ｃ２Ｈ４和Ｃ２成都已出现，如果各指标气体的预测结果产生矛盾，容易发生误报或漏报。

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　万方数据

２００７年４月矿业安全与环保第３４卷第２期

而此阶段是煤炭自然发火早期预测预报的关键时

期，所以有必要分析各指标气体的可信度。在激烈

氧化阶段，煤已将近燃烧，对于早期预测预报已没有

意义。所以，选取了温度（ｔ）在［１８０，３００］之间对各

气体指标进行关联分析。计算各煤样与温度变化的

灰色关联度如表１所示。

表１各煤样的灰色关联度

由表１可知，在加速氧化阶段即ｔ在［１８０，３００］范围内，Ｃ２Ｈ４，Ｃ２Ｈ５，Ｃ２Ｈ４／Ｃ２Ｈ６与温度的关联度要比ＣＯ高，也就是说，在此阶段（１８０～３００ｏＣ）Ｃ２Ｈ４，Ｃ２Ｈ６，Ｃ２Ｈ４／Ｃ２Ｈ６的预测结果正确性的可信度要比ＣＯ高。

３建立预测预报系统

首先根据实验数据建立指标气体与煤氧化温度变化之间的数学模型。在缓慢氧化阶段（煤温小于１８０ｏＣ），预测指标气体主要是ＣＯ，因此在该阶段建立ＣＯ体积分数与温度关系模型；在加速氧化阶段（煤温在１８０～３００ｏＣ），经灰色关联分析可知烃类气体指标（Ｃ２Ｈ４，Ｃ２Ｈ６，ｃ：Ｈ４／Ｃ２Ｈ６）要比ＣＯ的可信度高。煤在氧化过程中释放的Ｃ２Ｈ４和ＱＨ６的量很少，容易受到外界因素的干扰，会给分析结果带来误差，而Ｃ２Ｈ４／Ｃ２Ｈ６克服了通风条件的影响，作为预测指标要优于Ｃ２Ｈ４和Ｃ２Ｈ６，所以选用Ｃ２Ｈ４／Ｃ２巩比值与温度关系模型作为预测模型，同时做出了在此阶段ＣＯ体积分数与温度关系模型，二者相互印证。预报系统的结构框图如图２所示。

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自燃氧化

４结语

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用模型Ｃ０（５０—１８０℃）计

算煤自燃氧化温度

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用模型Ｃ２Ｈ４／Ｃ２Ｈ６计算

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缓慢加速

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图２预报系统结构框图

激烈

氧化阶段

应用气体分析法预测预报煤自然发火，首先要建立煤的升温氧化实验系统，通过分析煤样在升温氧化过程中释放出来的气体随煤温变化规律，确定适合煤自然发火预测预报的指标气体。运用灰色关联分析，对指标气体预测预报结果的可信度进行了分析，并在此基础上，建立煤自然发火的预报系统。应用该系统就可以对煤的自然发火进行有效的预测预报。

参考文献：

［１］罗海珠，梁运涛．煤自然发火预测预报技术的现状与展望［Ｊ］．中国安全科学学报，２００３，１３（３）：７６—７８．

［２］罗海珠．各煤种自然发火标志气体指标研究［Ｊ］．煤矿安全，１９９２（５）：５—１０．

［３］周延，王省身．标志气体分析法在煤炭自燃早期预报中的应用与发展［焘］．矿井通风论文集［ｃ］．２００１：１７６—１７９．［４］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—１６，５８．

［５］罗庆国，徐国新．灰色关联分析与应用［Ｍ］．南京：江苏科学技术出版社，１９８９．

［６］刘思峰，郭天榜，党耀国．灰色系统理论及其应用［Ｍ］．北京：科学出版社，１９９９．

（责任编辑：李琴）

　万方数据

应用气体分析法预测预报煤自然发火

作者：王福生， 郭立稳， 张嘉勇， 朱令起

作者单位：河北理工大学,资源与环境学院,河北,唐山,063009

刊名：

矿业安全与环保

英文刊名：MINING SAFETY & ENVIRONMENTAL PROTECTION

年，卷(期)：2007，34(2)

被引用次数：0次

参考文献(6条)

1.罗海珠.梁运涛煤自然发火预测预报技术的现状与展望[期刊论文]-中国安全科学学报 2003(03)

2.罗海珠各煤种自然发火标志气体指标研究 1992(05)

3.周延.王省身标志气体分析法在煤炭自燃早期预报中的应用与发展 2001

4.王永湘利用指标气体预测预报煤矿自燃火灾[期刊论文]-煤矿安全 2001(06)

5.罗庆国.徐国新灰色关联分析与应用 1989

6.刘思峰.郭天榜.党耀国灰色系统理论及其应用 1999

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,C<,2>H<,4>或烯烷比为辅;无烟煤和高硫煤唯一依据是CO及其派生指标。并分析了煤自然发火标志气体指标体系应至少包括自热加速和激烈燃烧两个阶段的个主要指标,前一个指标是火灾危险预警指标,后一个指标是明火报警指标,同时也可以作为自然发火熄灭程度指标。

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