一种煤矸石自燃倾向性的鉴定方法技术

本发明专利技术涉及煤矿安全技术领域，尤其涉及一种煤矸石自燃倾向性的鉴定方法。一种煤矸石自燃倾向性的鉴定方法，采取一个煤层的煤矸石样品，将煤矸石样品称重,粉碎并分为质量相同的三份；用X‑射线荧光光谱仪测定第一份煤矸石样品煤矸石硫元素质量百分比含量S；把第二份煤矸石样品放入测量罐中，当第二份煤矸石样品温度超过35摄氏度时，记录煤矸石样品交叉点温度T，本发明专利技术通过多个实验得到的与煤矸石自燃主要相关数据，对数据进行整理，推导出煤矸石自燃倾向性的鉴定公式，并且以较多样本进行验证，可以比较明确的得出煤矸石是否能够自燃的结论。

A Method for Identification of Spontaneous Combustion Tendency of Coal Gangue

【技术实现步骤摘要】
一种煤矸石自燃倾向性的鉴定方法
本专利技术涉及煤矿安全
，尤其涉及一种煤矸石自燃倾向性的鉴定方法。
技术介绍
煤矸石是煤炭开采和加工过程中排放出的废弃岩石，主要有掘进井巷时排出的煤矸石、选煤排出的煤矸石和露天采煤产生的剥离煤矸石。煤矸石堆积形成煤矸石山，煤矸石山是一种比较特殊的燃烧系统，具有蓄热大、易复燃的特点。露天堆放的煤炭和煤矸石山时常发生自燃，造成资源浪费，环境污染。目前世界各个国家对煤自燃倾向性鉴定开展了较深的研究，澳大利亚，新西兰和英国等国学者采用绝热升温速率和交叉点温度法研究了煤的自燃倾向性和自燃机理，建立了煤炭的自燃测试装置并取得一系列研究成果；美国建立自然发火实验台，利用绝热炉测试煤炭自燃倾向性和研究煤的自燃过程，印度通过研究煤的含氧基团与自燃氧化性的关系，采用交叉点温度法确定煤的自燃倾向性；波兰建立了以测定煤的活化能和升温速率的法定的煤炭自燃测定方法和评价指标。目前，我国多采用色谱吸氧法来鉴定煤的自燃倾向性。但是对于煤矸石的自燃倾向性没有提出一个鉴定方法和具体的标准，而且煤与煤矸石有很多方面不同的地方：(1)煤与煤矸石的常量分析中，可以看到煤矸石的含硫量比重与煤有一定的不同；(2)相同测量条件下煤矸石的交叉点温度与煤的交叉点温度不同：(3)煤与煤矸石参加氧化反应的氧气量不同，即吸氧量不同。从上述可以看出，煤的自燃倾向性鉴定方法不适用于煤矸石的自燃倾向性鉴定，需要提出一种操作简单，能够定量分析，普遍试用的煤矸石的自燃倾向性鉴定方法。煤矸石与煤在组成成分和含量上有比较明显的区别，以往的煤自燃倾向性鉴定方法多适用于煤的自燃鉴定，无法准确判断出煤矸石的自燃倾向性，对煤矸石自燃倾向性鉴定没有统一的标准和方法。本专利技术通过多个实验得到的与煤矸石自燃主要相关数据，对数据进行整理，推导出煤矸石自燃倾向性的鉴定公式，并且以较多样本进行验证，可以比较明确的得出煤矸石是否能够自燃的结论。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是如何提供一种煤矸石自燃倾向性的鉴定方法。本专利技术所采用的技术方案是：一种煤矸石自燃倾向性的鉴定方法，按照如下的步骤进行(1)采取一个煤层的煤矸石样品，将煤矸石样品称重,粉碎并分为质量相同的三份；(2)用X-射线荧光光谱仪测定第一份煤矸石样品煤矸石硫元素质量百分比含量S；(3)把第二份煤矸石样品放入测量罐中，向测量罐进口通入100ml/min的干空气，并通过测量罐出口排出，将测量罐放置到加热炉中，然后将温度预设为35摄氏度的条件，对测量罐进行程序升温；(4)程序升温过程中，设定升温速率为1.2℃/min，在温度稳定为35摄氏度时，用气相色谱仪测量出测量罐出口氧气质量百分比浓度浓度C；(5)对测量罐继续进行程序升温，当第二份煤矸石样品温度超过35摄氏度时，记录煤矸石样品交叉点温度T即煤矸石样品温度和加热炉炉温温度一致点的摄氏度温度；(6)对第三份煤矸石样品进行煤矸石样品的热重实验，综合热分析仪中冷却水流量为200～300L/h，保护气体为速率为50ml/min氮气，使用前对综合热分析仪预热20分钟；(7)将第三份煤矸石样品放入加热炉中后，调整炉温为35摄氏度，选择升温速率为1.2℃/min，设置为自动记录各个时刻的温度数据，一直到温度稳定为80摄氏度，通过与综合热分析仪连接的电脑显示器生成煤矸石样品的失重变化波峰，并且记录煤矸石样品的热重曲线变化，记录不同温度点的第三份煤矸石样品质量，并记录第三份煤矸石样品在加热炉中质量开始变化时的质量G1和煤矸石样品在加热炉中质量变化稳定时的质量G2，G1和G2的单位为毫克，G1对应的温度为35摄氏度，G2对应的温度为80摄氏度；(8)通过如下公式获得煤矸石自燃倾向性的危险度分值D其中，G1为煤矸石样品在加热炉中质量开始变化时的质量，G2为煤矸石样品在加热炉中质量变化稳定时的质量，0.1,0.3，0.6为权重系数，10为危险度分值补偿系数，2.5为煤矸石样品中FeS2质量百分比含量，23.5为程序升温试验过程中通入的氧气质量百分比浓度，200为质量百分数补偿系数，35为程序升温实验测量罐温度，1.2为程序升温实验测量罐升温速率，S为煤矸石硫元素质量百分比含量，C为测量罐出口氧气质量百分比浓度，T为煤矸石样品温度和加热炉炉温温度一致点的摄氏度温度，DS为煤矸石中的含硫量指数，DC为煤矸石在测量罐中的静态耗氧量指数，DT为煤矸石程序升温过程中的交叉点温度系数。煤矸石自燃倾向性判定指数用危险度分值D来表示，分值越高，则自燃危险性越高，反之越低。根据危险度分值将煤矸石自燃倾向性划分为自燃危险性高、潜在自燃、自燃危险性低三个等级：D≥10,自燃危险性高，煤矸石容易自燃，需要提前做好防护措施，控制煤矸石区域温度和氧气浓度等；5<D≤10，煤矸石存在潜在自燃可能，应该定期进行监测，预防煤矸石自燃；D≤5,煤矸石自燃危险性低，不容易自燃，但是仍需要做好检查监测工作。本专利技术的有益效果是：通过对不同种煤矸石的常量分析，测定煤矸石中硫铁矿含量，得到不同含量硫铁矿的煤矸石自燃温度，并且对不同种煤矸石在静态自燃耗氧量进行测量，对煤矸石交叉点温度进行测量以及测量不同种类煤矸石的热重曲线，将温度条件下煤矸石质量分数开始下降和煤矸石质量分数下降趋于稳定的数据进行拟合，最后将几项指标进行权重分析，得到煤矸石自燃倾向性鉴定的公式，对煤矸石自燃倾向性进行判别。通过设置煤矸石自燃倾向性鉴定的指标，多个与煤矸石自燃有重要关系的参数可以比较清楚的判断煤矸石自燃的可能性，测定方法操作方便，测试结果较为精确，具有实用价值。具体实施方式采取神东煤炭集团大柳塔矿的煤矸石样品，破碎后称重煤矸石样品150mg，均匀分成三份。用X-射线荧光光谱仪测定一份50mg煤矸石样品的含硫量，测量质量百分数为2.3％。将新的一份50mg煤矸石样品放入测量罐中，向罐中通入稳定流量为100ml/min的干空气，在温度设定为35摄氏度的条件下，设定升温速率为1.2℃/min，当温度达到35摄氏度时，用气相色谱仪记录测量罐出口氧气浓度，记录氧气浓度C的质量百分数为21.85％，通过电脑显示器观察煤矸石样品的温度，数据接收器和电脑显示器中观察到煤矸石样品温度超过预定温度35摄氏度时，记录煤矸石交叉点温度T的值为132.5℃。然后进行煤矸石的热重实验：开启循环水泵，向综合热分析仪中注入冷却水，流量保持在200～300L/h。在综合热分析仪中通入惰性气体氮气，保持气流速率为50ml/min。打开综合热分析仪开关，预热20分钟，另取一份50mg煤矸石样品放入加热炉中，调整炉温为35摄氏度，选择升温速率1.2℃/min，设置为自动记录，一直到温度稳定为80摄氏度，通过与综合热分析仪连接的电脑显示器生成煤矸石样品的失重变化波峰，并且记录煤矸石样品的热重曲线变化。根据得到的热重曲线，读出煤矸石样品质量发生变化前后的值G1为50毫克，G2为38毫克。将数据带入计算公式中可得煤矸石自燃倾向性危险度分值DD＝3.5测定神东煤炭集团大柳塔矿煤矸石山的煤矸石样品的自燃倾向性等级为自燃危险性低。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种煤矸石自燃倾向性的鉴定方法，其特征在于：按照如下的步骤进行(1)采取一个煤层的煤矸石样品，将煤矸石样品称重,粉碎并分为质量相同的三份；(2)用X‑射线荧光光谱仪测定第一份煤矸石样品煤矸石硫元素质量百分比含量S；(3)把第二份煤矸石样品放入测量罐中，向测量罐进口通入100ml/min的干空气，并通过测量罐出口排出，将测量罐放置到加热炉中，然后将温度预设为35摄氏度的条件，对测量罐进行程序升温；(4)程序升温过程中，设定升温速率为1.2℃/min，在温度稳定为35摄氏度时，用气相色谱仪测量出测量罐出口氧气质量百分比浓度浓度C；(5)对测量罐继续进行程序升温，当第二份煤矸石样品温度超过35摄氏度时，记录煤矸石样品交叉点温度T即煤矸石样品温度和加热炉炉温温度一致点的摄氏度温度；(6)对第三份煤矸石样品进行煤矸石样品的热重实验，综合热分析仪中冷却水流量为200～300L/h，保护气体为速率为50ml/min的氮气，使用前对综合热分析仪预热20分钟；(7)将第三份煤矸石样品放入加热炉中后，调整炉温为35摄氏度，选择升温速率为1.2℃/min，设置为自动记录各个时刻的温度数据，一直到温度稳定为80摄氏度，通过与综合热分析仪连接的电脑显示器生成煤矸石样品的失重变化波峰，并且记录煤矸石样品的热重曲线变化，记录不同温度点的第三份煤矸石样品质量，并记录第三份煤矸石样品在加热炉中质量开始变化时的质量G1和煤矸石样品在加热炉中质量变化稳定时的质量G2，G1和G2的单位为毫克；(8)通过如下公式获得煤矸石自燃倾向性的危险度分值D...

【技术特征摘要】
1.一种煤矸石自燃倾向性的鉴定方法，其特征在于：按照如下的步骤进行(1)采取一个煤层的煤矸石样品，将煤矸石样品称重,粉碎并分为质量相同的三份；(2)用X-射线荧光光谱仪测定第一份煤矸石样品煤矸石硫元素质量百分比含量S；(3)把第二份煤矸石样品放入测量罐中，向测量罐进口通入100ml/min的干空气，并通过测量罐出口排出，将测量罐放置到加热炉中，然后将温度预设为35摄氏度的条件，对测量罐进行程序升温；(4)程序升温过程中，设定升温速率为1.2℃/min，在温度稳定为35摄氏度时，用气相色谱仪测量出测量罐出口氧气质量百分比浓度浓度C；(5)对测量罐继续进行程序升温，当第二份煤矸石样品温度超过35摄氏度时，记录煤矸石样品交叉点温度T即煤矸石样品温度和加热炉炉温温度一致点的摄氏度温度；(6)对第三份煤矸石样品进行煤矸石样品的热重实验，综合热分析仪中冷却水流量为200～300L/h，保护气体为速率为50ml/min的氮气，使用前对综合热分析仪预热20...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴玉国，刘晓源，
申请(专利权)人：太原理工大学，
类型：发明
国别省市：山西,14