高瓦斯易自燃煤层采空区CO气体临界值的测算方法技术

本发明专利技术提供了一种高瓦斯易自燃煤层采空区CO气体临界值的测算方法。该测算方法包括步骤一，依据煤层自然发火标志气体色谱分析及指标优选方法对采空区的遗煤进行程序升温实验，获得遗煤在不同氧化阶段的CO气体生成速率v

【技术实现步骤摘要】
高瓦斯易自燃煤层采空区CO气体临界值的测算方法


[0001]本专利技术涉及矿山安全工程
，具体而言，涉及一种高瓦斯易自燃煤层采空区CO气体临界值的测算方法。

技术介绍

[0002]采空区煤炭自然发火是矿井的主要灾害之一，一旦发生将会造成严重的人员及财产损失，严重影响煤矿的安全生产。采空区煤炭自然发火状态的预测预报是高效防治采空区煤炭自燃灾害的基础，开采容易自燃和自燃煤层时，需开展自然发火监测工作，确定煤层自然发火标志气体及临界值。可见，煤炭自然发火标志性气体的优选及临界值的确定是开展采空区煤炭自然发火监测工作的关键内容，标志性气体优选得是否合理、临界值确定得是否科学将直接影响采空区煤炭自燃灾害防治的效率及投入成本。如果标志性气体和临界值确定的过于敏感，会使煤炭自燃预警过于频繁，甚至误报，容易造成过度的防治措施，增加矿井火灾防治的人力及物力的投入，甚至会影响工作面的正常生产。如果标志性气体和临界值确定得过于迟缓，有可能造成煤炭自燃预警的不及时，错失煤炭自燃防治的最佳时机，增加煤炭自燃防治的难度及投入，甚至会形成自燃灾害或次生灾害。因此，采空区煤炭自然发火标志性气体和临界值的科学确定对高效防治采空区煤炭自燃非常重要。
[0003]目前，我国煤炭自然发火标志性气体的确定有相关的试验标准，而临界值则没有规定具体的确定方法。临界值的确定主要是指CO气体临界值的确定，因为在所有的标志性气体中CO气体是最常用的标志性气体，也是伴随煤炭自燃各个阶段的气体，如果采用CO气体反应煤炭自燃状态，则必须要确定各煤炭自燃阶段的CO气体临界值，而其它气体由于出现的温度一般比较固定，通常采用其出现的温度值作为其临界值，用于反映煤炭的自燃状态。
[0004]高瓦斯易自燃煤层采空区CO气体临界值的确定与一般采空区CO气体临界值的确定不同，一方面采空区遗煤自燃氧化速率较快，对及时、准确的煤炭自燃氧化状态的预测预报要求更高；另一方面瓦斯的涌出会影响遗煤的氧化，从而会影响CO的生成速率。同时，采空区遗煤氧化放热容易引爆采空区的高浓度瓦斯，从而引发次生灾害，严重影响矿井的安全生产。因此，高瓦斯易自燃煤层采空区CO气体临界值的确定需要更加的科学和精确，但是现有的高瓦斯易自燃煤层采空区CO气体临界值的确定方法较少。

技术实现思路

[0005]本专利技术的主要目的在于提供一种高瓦斯易自燃煤层CO气体临界值的测算方法，以解决现有技术中确定高瓦斯易自燃煤层采空区CO气体临界值的测算方法较为局限的问题。
[0006]为了实现上述目的，根据本专利技术的一个方面，提供了一种高瓦斯易自燃煤层采空区CO气体临界值的测算方法，该测算方法包括以下步骤：步骤一，依据煤层自然发火标志气体色谱分析及指标优选方法对采空区的遗煤进行程序升温实验，获得遗煤在不同氧化阶段的CO气体生成速率v
CO
；步骤二，测量采空区工作面供风量、采空区工作面漏风率、工作面推
进速度、采空区煤炭自燃散热带宽度、采空区煤炭自燃氧化带宽度、工作面的周期来压步距、工作面的埋藏深度、煤层的瓦斯含量、采空区遗煤的残存瓦斯含量；步骤三，确定工作面推进速度、遗煤瓦斯含量、采空区顶板压力对高瓦斯易自燃煤层采空区的CO气体临界值的影响系数，根据CO气体生成速率和影响系数确定高瓦斯易自燃煤层采空区的CO气体临界值。
[0007]进一步地，上述工作面推进速度对CO气体临界值的影响系数K1由以下关系式(1)计算得到：其中，v0为测定工作面参数时的工作面推进速度，单位为m/d；v1为应用CO气体临界值时的工作面推进速度，单位为m/d。
[0008]进一步地，上述遗煤瓦斯含量对CO气体临界值的影响系数K2由以下关系式(2)计算得到：其中，V0为煤层的瓦斯含量，单位为m3/t；V1为采空区遗煤的残存瓦斯含量，单位为m3/t；V
′
为矿井相对瓦斯的涌出量，单位为m3/t。
[0009]进一步地，上述采空区顶板压力对CO气体临界值的影响系数K3由以下关系式(3)计算得到：其中，x为采空区内距工作面的距离，单位为m；k为系数；L为工作面的周期来压步距，单位为m；H为采空区遗煤的埋藏深度，单位为m。
[0010]进一步地，上述H≤600时，k＝10，H＞600时，k＝5。
[0011]进一步地，上述CO气体临界值由以下关系式(4)计算得到：L1为采空区煤炭自燃散热带的宽度，单位为m；L2为采空区煤炭自燃氧化带的宽度，单位为m；L
′
为工作面长度，单位为m；H
′
为采空区遗煤的平均厚度，单位为m；v
CO
为遗煤在不同氧化阶段的CO气体生成速率，单位为m3/(min
·
g)；Q为采空区工作面供风量，单位为m3/min；η为采空区工作面漏风率；ρ为采空区遗煤的密度，单位为g/m3。
[0012]进一步地，上述η的取值为0.06～0.10。
[0013]进一步地，上述步骤一中，程序升温的过程包括：将采空区的遗煤进行第一段升温后进行第二段升温；优选第一段升温的温度范围为20～80℃，升温速率为0.5℃/min；优选第二段升温的温度范围为80～350℃，升温速率为1℃/min。
[0014]进一步地，上述不同氧化阶段包括常温氧化阶段、缓慢氧化阶段、快速氧化阶段和剧烈氧化阶段。
[0015]进一步地，上述常温氧化阶段的温度为20～50℃；缓慢氧化阶段的温度为50～150℃；快速氧化阶段的温度为150～250℃；剧烈氧化阶段的温度为250℃以上。
[0016]应用本申请的技术方案，本专利技术首先依据工作面推进速度、遗煤瓦斯含量、采空区顶板压力等因素对CO气体生成的影响规律，确定了各因素各自对CO气体生成的影响系数，然后结合采空区内CO气体的生成速率及影响系数得到CO气体临界值。本方法充分考虑了高瓦斯易自燃煤层采空区CO气体生成的影响因素及煤炭自身的氧化特性，使CO气体临界值的确定方法更加科学、准确，既可以保证高瓦斯易自燃煤层采空区煤炭自燃危险的及时发现，又可以最大限度的降低采空区煤炭自燃灾害的防治成本，保障矿井的安全生产、提高矿井
的生成效率及经济效益等。且本方法具有应用简单、投入成本低、使用方便，判定结果科学、可靠等优点。
附图说明
[0017]构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本专利技术的进一步理解，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。在附图中：
[0018]图1示出了根据本专利技术的实施例1提供的一种高瓦斯易自燃煤层采空区CO气体临界值测算流程图。
具体实施方式
[0019]需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本专利技术。
[0020]如本申请
技术介绍
所分析的，现有技术中确定高瓦斯易自燃煤层采空区CO气体临界值的测算方法存在较为局限的问题，为了解决该问题，本申请提供了一种高瓦斯易自燃煤层CO气体临界值的测算方本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高瓦斯易自燃煤层采空区CO气体临界值的测算方法，其特征在于，所述测算方法包括以下步骤：步骤一，依据煤层自然发火标志气体色谱分析及指标优选方法对采空区的遗煤进行程序升温实验，获得所述遗煤在不同氧化阶段的CO气体生成速率v
CO
；步骤二，测量采空区工作面供风量、采空区工作面漏风率、工作面推进速度、采空区煤炭自燃散热带宽度、采空区煤炭自燃氧化带宽度、工作面的周期来压步距、工作面的埋藏深度、煤层的瓦斯含量、采空区遗煤的残存瓦斯含量；步骤三，确定所述工作面推进速度、遗煤瓦斯含量、采空区顶板压力对所述高瓦斯易自燃煤层采空区的CO气体临界值的影响系数，根据所述CO气体生成速率和所述影响系数确定所述高瓦斯易自燃煤层采空区的CO气体临界值。2.根据权利要求1所述的测算方法，其特征在于，所述工作面推进速度对所述CO气体临界值的影响系数K1由以下关系式(1)计算得到：其中，v0为测定工作面参数时的工作面推进速度，单位为m/d；v1为应用所述CO气体临界值时的工作面推进速度，单位为m/d。3.根据权利要求1或2所述的测算方法，其特征在于，所述遗煤瓦斯含量对所述CO气体临界值的影响系数K2由以下关系式(2)计算得到：其中，V0为所述煤层的瓦斯含量，单位为m3/t；V1为所述采空区遗煤的残存瓦斯含量，单位为m3/t；V
′
为矿井相对瓦斯的涌出量，单位为m3/t。4.根据权利要求1至3中任一项所述的测算方法，其特征在于，所述采空区顶板压力对所述CO气体临界值的影响系数K3由以下关系式(3)计算得到：其中，x为采空区内距工作面的距离，单位为m；k为系数；L为所述工作面的周期来压步...

【专利技术属性】
技术研发人员：邵文琦，杨希培，霍志娟，贺福权，张德森，王学兵，马友魁，石银斌，姚姝琪，史学锋，衡玉华，
申请(专利权)人：辽宁工程技术大学，
类型：发明
国别省市：