漏风条件下采空区煤自燃分级预警方法研究及应用

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作者 翟小伟 李心田 +3 位作者 侯钦元 马腾 宋波波 郝乐 《煤炭科学技术》 北大核心 2025年第1期161-169,共9页

CO是煤自燃预警体系的重要指标气体。为提高漏风条件下利用CO预测采空区煤自燃危险程度的准确性,采用程序升温试验分析煤氧化过程中不同指标气体与煤温的对应关系,通过束管监测与示踪气体漏风测试确定漏风对采空区CO气体的影响,修正不... CO是煤自燃预警体系的重要指标气体。为提高漏风条件下利用CO预测采空区煤自燃危险程度的准确性,采用程序升温试验分析煤氧化过程中不同指标气体与煤温的对应关系,通过束管监测与示踪气体漏风测试确定漏风对采空区CO气体的影响,修正不同氧气体积分数范围内CO体积分数与煤温的函数关系。利用修正函数方程计算煤自燃CO预警阈值,结合不同指标气体预警值,构建漏风条件下采空区煤自燃分级预警体系。研究结果表明:煤氧化过程中CO、C_(2)H_(4)、C_(2)H_(2)与Graham系数指标气体突变与煤温存在对应关系,CO、C_(2)H_(4)、C_(2)H_(2)出现温度分别为30、120、230℃,Graham系数拐点温度为70、160℃,不同氧气体积分数范围内CO体积分数与煤温均呈指数函数关系。漏风对采空区CO气体影响范围为0~90 m,影响体积分数大小为(3~39)×10^(−6)。漏风条件下采空区埋深0~19 m处氧气体积分数为21%~17%,“CO体积分数−煤温”函数的修正系数为1~3;埋深19~55 m处氧气体积分数为17%~13%,修正系数为4~7;埋深55~90 m处氧气体积分数为13%~9%,修正系数为16~21。基于修正后CO体积分数与温度函数,计算得到煤自燃过程不同氧气体积分数范围内CO预警阈值分别为(50~150)×10^(−6)、(190~330)×10^(−6)及(330~430)×10^(−6)。结合CO、C_(2)H_(4)、C_(2)H_(2)与Graham系数指标气体预警值将煤自燃程度划分为“灰、蓝、黄、橙、红”五级预警。研究结果可为相似工作面采空区遗煤自燃预测预报提供参考。 展开更多

关键词 煤自燃 CO 漏风 采空区 分级预警

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氯盐复配阻化剂对煤自燃临界参数影响规律研究

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作者 余行贤 王博 +4 位作者 侯树宏 杨致军 孟祥涛 任立峰 马腾 《煤炭技术》 2025年第2期172-177,共6页

为了研究氯盐复配阻化剂对煤自燃临界参数的影响规律,通过煤氧化升温试验系统分析了原煤样和经过水、氯盐阻化剂和氯盐复配阻化剂处理后的煤样耗氧速率、放热强度以及CO和CO_(2)气体产生量,并计算了8种煤样的阻化率和煤自燃临界参数。... 为了研究氯盐复配阻化剂对煤自燃临界参数的影响规律,通过煤氧化升温试验系统分析了原煤样和经过水、氯盐阻化剂和氯盐复配阻化剂处理后的煤样耗氧速率、放热强度以及CO和CO_(2)气体产生量,并计算了8种煤样的阻化率和煤自燃临界参数。试验和计算结果表明:经过水和阻化剂处理的煤样,其耗氧速率、放热强度以及CO和CO_(2)气体产生量大幅降低,其中氯盐复配阻化剂的阻化效果最好。氯盐阻化剂中CaCl_(2)的阻化率最高,CaCl_(2)/茶多酚复配阻化剂表现出更为稳定的阻化效果。经过CaCl_(2)/茶多酚复配阻化剂处理后的煤样,在40℃的极限参数最值点处最小浮煤厚度和最小需氧浓度增大,上限漏风强度减小。经过CaCl_(2)/茶多酚复配阻化剂处理的煤样其最小浮煤厚度最大,经过CaCl_(2)阻化剂处理的煤样其最小需氧浓度最大,经过CaCl_(2)/茶多酚复配阻化剂处理的煤样其上限漏风强度最小。 展开更多

关键词 煤自燃 氯盐复配阻化剂 阻化率 临界参数

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基于光纤测温系统的采空区温度变化规律及遗煤自燃监测

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作者 马斌 连建军 +3 位作者 王辰 刘统学 翟小伟 马腾 《陕西煤炭》 2025年第3期90-95,112,共7页

采空区遗煤自燃监测预警对煤矿安全生产至关重要,以王洼二矿21081综放工作面为工程背景,采用分布式光纤测温技术研究工作面推进过程中采空区温度分布规律,分析时空尺度上采空区温度演化特征,并根据温度监测结果指导现场遗煤自燃防控。... 采空区遗煤自燃监测预警对煤矿安全生产至关重要,以王洼二矿21081综放工作面为工程背景,采用分布式光纤测温技术研究工作面推进过程中采空区温度分布规律,分析时空尺度上采空区温度演化特征,并根据温度监测结果指导现场遗煤自燃防控。研究结果表明,工作面推进过程中采空区温度随推进距离呈现平稳-上升-下降阶段性分布特征,采空区进风侧温度峰值出现在埋深为55~100 m的区域内,最高温度为37.8℃;采空区回风侧温度峰值出现在埋深为30~60 m的区域内,最高温度为34.4℃。利用光纤测温技术指导了210801综放工作面日常防控,并成功解决了采空区内遗煤氧化异常的问题,将采空区内最高温度从47℃降低到36℃。研究成果为采空区遗煤自燃监测预警提供了理论依据与技术借鉴。 展开更多

关键词 煤自燃 分布式光纤测温 温度演化 监测预警

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基于实验平台的枣泉煤矿2号煤层自燃临界参数研究

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作者 孟祥涛 余行贤 +2 位作者 王博 翟小伟 马泽强 《陕西煤炭》 2025年第2期1-5,16,共6页

以枣泉煤矿2号煤层为工程背景,通过大型煤自然发火实验平台模拟了该煤层从常温到170℃的自然氧化全过程,通过分析得到了煤自燃最小浮煤厚度、最小需氧浓度和最大漏风强度等煤自燃极限参数。实验结果表明,该煤层的实验最短自然发火期是36... 以枣泉煤矿2号煤层为工程背景,通过大型煤自然发火实验平台模拟了该煤层从常温到170℃的自然氧化全过程,通过分析得到了煤自燃最小浮煤厚度、最小需氧浓度和最大漏风强度等煤自燃极限参数。实验结果表明,该煤层的实验最短自然发火期是36天,通过计算分析得到了该煤层的最小浮煤厚度、最小需氧浓度以及最大漏风强度的变化趋势。在不同漏风强度的基础上,浮煤厚度在60℃时出现最大值,最小浮煤厚度为0.35 m;最小需氧浓度在50℃时出现最大值,上限漏风强度在30~110℃时为负值。结合现场实际开采条件,提出了预防2号煤层自燃的临界参数,为该矿煤自燃防治提供了重要的理论依据。 展开更多

关键词 煤自燃 大型煤自然发火平台 极限参数 煤自燃防治

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基于ARIMA模型的矿井灾害预测方法研究 被引量：4

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作者 翟小伟 周翔 +1 位作者 宋波波 郝乐 《煤炭技术》 CAS 2024年第6期165-168,共4页

矿井灾害频发是影响我国煤炭产业发展的重要问题之一,灾前预警技术是目前应对这一问题的主要方法。为进一步提升矿井灾害监测预警能力,提出了基于ARIMA模型的矿井灾害预测方法研究。通过确立灾害风险监测指标构建了安全态势评估指标体系... 矿井灾害频发是影响我国煤炭产业发展的重要问题之一,灾前预警技术是目前应对这一问题的主要方法。为进一步提升矿井灾害监测预警能力,提出了基于ARIMA模型的矿井灾害预测方法研究。通过确立灾害风险监测指标构建了安全态势评估指标体系,基于时序预测法建立了灾害预测评估模型,经模型定阶及训练等过程确定最佳ARIMA预测模型参数。通过研究模型残差的正态性分布从而得到预测模型可靠度,将ARIMA(10,0,0)模型与时间序列拟合后进行自相关图和偏自相关图分析,得到了风险灾害未来短期预测结果;提出了“红橙黄蓝绿”5级灾害预警等级和准则,并进行了现场应用试验,结果证明,ARIMA模型对未来值的预测具有较高准确性,系统能及时对灾害进行预测和分级响应,可实现对矿井灾害的风险判别和预测预警。 展开更多

关键词 矿井灾害 指标体系 评估模型 预警准则

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浅埋火区无人机热红外监测温度补偿方法 被引量：3

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作者 翟小伟 郝乐 +4 位作者 王凯 马腾 宋波波 李心田 侯钦元 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第8期3498-3509,共12页

我国西北地区具有煤层厚度大、埋藏浅等特点,无人机热红外监测与温度补偿是浅埋煤火灾害信息监测的关键技术,对推进煤自燃灾害安全监测与影响范围预警评价有着重要意义。针对复杂环境下多参数对热红外温度监测结果的影响,提出了一种基... 我国西北地区具有煤层厚度大、埋藏浅等特点,无人机热红外监测与温度补偿是浅埋煤火灾害信息监测的关键技术,对推进煤自燃灾害安全监测与影响范围预警评价有着重要意义。针对复杂环境下多参数对热红外温度监测结果的影响,提出了一种基于灰狼优化—双层广义回归网络与连续高度修正函数相结合的温度补偿模型。基于热红外装置中大气消光系数对接收辐射对比度的影响,选取热红外监测波段下影响温度结果的多种因素,并通过主成分分析法确定累计能够表征实际温度的指标因子,以多种环境下的无人机热红外监测实验中指标因子数据为GWO-双层GRNN网络输入,得到训练完成的离散温度补偿模型,并提出无人机高度的连续修正函数作为模型输入待补偿数据的前置流程,最后将完整温度补偿模型进行了试验与现场验证。结果表明,GWO-双层GRNN网络在数据测试中,离散补偿效果优于其他模型,达到了平均绝对误差≤0.0081、均方根误差≤0.0132、决定系数≥0.9969,表明该模型具有良好的补偿效果;连续修正函数避免了无人机高度对热红外监测结果的影响,将无人机连续高度热红外温度回归问题划分为阶跃式回归计算,且最终模型具有良好的监测精度,提高了温度补偿模型的泛化能力。为应用无人机热红外监测结果划分浅埋煤火危险区域提供了配套计算方法,可进一步将该方法推广至对应的无人机应用与激光监测行业。 展开更多

关键词 煤自燃 无人机 热红外 GRNN 温度补偿模型

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基于ACO−KELM 的采空区遗煤温度预测模型研究

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作者 翟小伟 王辰 +3 位作者 郝乐 李心田 侯钦元 马腾 《工矿自动化》 CSCD 北大核心 2024年第12期128-135,共8页

现有采空区遗煤温度预测研究多侧重于温度与气体浓度之间的关系,较少考虑采空区内遗煤温度与距工作面距离及漏风风速之间的复杂非线性关系。针对该问题,提出了一种基于蚁群优化算法优化核极限学习机(ACO−KELM)的采空区遗煤温度预测模型... 现有采空区遗煤温度预测研究多侧重于温度与气体浓度之间的关系,较少考虑采空区内遗煤温度与距工作面距离及漏风风速之间的复杂非线性关系。针对该问题,提出了一种基于蚁群优化算法优化核极限学习机(ACO−KELM)的采空区遗煤温度预测模型。在葫芦素煤矿21404工作面采空区布置束管及分布式光纤,对21404工作面采空区内O_(2),CO,CO_(2)浓度和温度数据进行采集,同时结合采空区内漏风强度和距工作面水平距离构建KELM模型,通过ACO对KELM模型中的正则系数和核参数进行寻优,获得最优超参数组合,进而得到性能最优的KELM模型。与基于极限学习机(ELM)和基于随机森林(RF)算法的预测模型相比,ACO−KELM模型在测试集上的平均绝对误差为0.0701℃,均方根误差为0.0748℃,较基于ELM模型分别降低了65%和195%,较基于RF模型分别降低了53%和156%;ACO−KELM模型在测试集上的判定系数为0.9635,与训练集的判定系数仅相差0.01,说明该模型未陷入过拟合且拟合程度较高。 展开更多

关键词 采空区遗煤 煤自燃 遗煤温度预测 核极限学习机 蚁群算法 漏风强度 指标气体分析法 漏风风速

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等离子体对CO消除规律的实验研究

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作者 翟小伟 王九歌 +1 位作者 宋波波 周妤婕 《煤炭工程》 北大核心 2024年第10期254-259,共6页

为了保障工人身心健康,改善矿下环境,利用等离子体技术,搭建等离子体消除CO实验平台,通过实验研究等离子体消除CO的效果及影响因素,实验结果表明:输出电压为50 kV、电极材料为铍铜合金时,等离子体对CO的消除效果最佳。风速越大,消除效... 为了保障工人身心健康,改善矿下环境,利用等离子体技术,搭建等离子体消除CO实验平台,通过实验研究等离子体消除CO的效果及影响因素,实验结果表明:输出电压为50 kV、电极材料为铍铜合金时,等离子体对CO的消除效果最佳。风速越大,消除效果越差;随着氧气浓度和湿度的升高,CO消除量呈现上升的趋势,分别在风速0.6 m/s、氧气浓度为20.5%、湿度为30%RH时,CO消除效果最好。 展开更多

关键词 等离子体 CO消除 负电晕 矿井空气 职业安全

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梅花井煤矿2号煤自燃特征及分级预警 被引量：1

9

作者 马海生 马魏 +3 位作者 周翔 张彦吉 刘龙 翟小伟 《陕西煤炭》 2024年第10期39-43,59,共6页

实现矿井煤自燃火灾的早期预警和高效防控的关键是确定煤自燃特征参数和分级预警体系。通过煤自燃程序升温试验得到了梅花井煤矿2号煤层工作面煤样在不同氧气浓度下耗氧速率,CO、C_(2)H_(4)等气体随温度的变化规律,结合现场数据,确定了... 实现矿井煤自燃火灾的早期预警和高效防控的关键是确定煤自燃特征参数和分级预警体系。通过煤自燃程序升温试验得到了梅花井煤矿2号煤层工作面煤样在不同氧气浓度下耗氧速率,CO、C_(2)H_(4)等气体随温度的变化规律,结合现场数据,确定了采空区煤自燃预测指标气体为CO、CH_(4)、C_(2)H_(4)和C_(2)H_(6),并将格氏火灾系数R_(2)、R_(3)和C_(2)H_(4)/C_(2)H_(6)作为辅助煤自燃预测指标。最终将梅花井煤矿煤自燃指标预警等级划分为“绿、黄、蓝、橙、红”5级预警,设置气体临界阈值,实现了梅花井煤矿工作面煤自燃隐患的识别防控,对于保障工作面的安全高效开采具有重要的指导意义。 展开更多

关键词 煤自燃 指标气体 格氏火灾系数 自燃特征 分级预警

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煤氧化过程中热物性参数变化规律研究

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作者 任立峰 翁腾飞 +3 位作者 陶帆 李青蔚 马腾 翟小伟 《煤炭技术》 CAS 2024年第9期123-127,共5页

为了研究煤氧化过程中热物性变化规律,采用LF457激光导热仪测量不同变质程度煤样,在空气与氮气条件下30℃~300℃温度升温过程中的热扩散系数、导热系数与比热容,并确定了热物性参数对温度的敏感性。试验结果表明:在30℃~300℃氮气环境下... 为了研究煤氧化过程中热物性变化规律,采用LF457激光导热仪测量不同变质程度煤样,在空气与氮气条件下30℃~300℃温度升温过程中的热扩散系数、导热系数与比热容,并确定了热物性参数对温度的敏感性。试验结果表明:在30℃~300℃氮气环境下,随温度的升高,比热容和导热系数逐步提高,而热扩散系数逐渐减小。同时热物性参数的变化率随温度也不断减小。在空气条件下,热扩散系数随温度升高先减小后增大,比热容为逐渐增大后趋于稳定,导温系数持续增大,其中热扩散系数的变化率先降低后增加,导热系数随比热容而持续减小。在温度达到210℃前空气与氮气条件下的热物性变化规律相似,当温度超过210℃,空气条件下煤与氧气发生反应是导致热物性参数的变化的主要因素。此外,在相同温度下比热容的敏感性最大。试验结果对热物性的探讨和煤火灾害预防工作具有必要的指导意义。 展开更多

关键词 煤 热物性参数 氧化 敏感性 激光导热仪

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基于数据填补的煤自燃温度预测模型 被引量：7

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作者 翟小伟 罗金雷 +3 位作者 张羽琛 宋波波 郝乐 周妤婕 《工矿自动化》 CSCD 北大核心 2023年第1期28-35,98,共9页

现有煤自燃温度预测模型的建立大多基于较为完整的指标气体样本数据,但指标气体数据受仪器或人为因素影响,往往存在数据缺失现象,导致煤自燃温度预测准确率较低和过拟合等问题。针对上述问题,提出了将K近邻算法(KNN)、随机森林(RF)、决... 现有煤自燃温度预测模型的建立大多基于较为完整的指标气体样本数据,但指标气体数据受仪器或人为因素影响,往往存在数据缺失现象,导致煤自燃温度预测准确率较低和过拟合等问题。针对上述问题,提出了将K近邻算法(KNN)、随机森林(RF)、决策树(DT)及基于粒子群优化的支持向量回归等填补算法(PSO-SVR)应用于缺失值填补,缺失数据和填补后的数据通过RF、SVR和极限梯度提升树(XGBoost)算法分别进行训练,并通过PSO算法优化参数,构建了基于数据填补的RF、XGBoost和SVR煤自燃温度预测模型。利用煤自然发火实验选取CO,CO_(2),CH4,C_(2)H_(6),O_(2)作为指标气体,并设计整体缺失率为10%,20%,30%和CO,CO_(2)缺失率为40%,50%,60%共6种随机数据缺失,采用平均绝对误差百分比(MAPE)作为填补效果评价指标,采用MAPE、判断系数R^(2)和均方根误差(RMSE)作为模型性能评价指标,对4种填补算法和3种预测模型进行对比。对比分析结果表明:在6种数据缺失情况下,DT填补算法填补效果优于其他3种算法,在CO,CO_(2)存在较多缺失值时,RF算法的填补值与实际值的MAPE偏大;在不调参的情况下,XGBoost模型虽然在训练集效果极好,但极易过拟合,而SVR模型预测效果极差,无法满足预测要求;在6种数据缺失情况下,基于DT填补算法的PSO-SVR、RF与PSO-RF煤自燃温度预测模型的MAPE均在4%左右,基于DT填补算法的RF模型无需优化就能较好地预测出煤自燃温度,具有良好的稳定性。 展开更多

关键词 煤自燃 温度预测 指标气体 数据缺失填补 K近邻填补算法 随机森林填补算法 决策树回归填补算法 基于粒子群优化的支持向量回归填补算法

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灵新煤矿061404工作面CO分布特征及危险区域研究 被引量：1

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作者 虎晓龙 张羽琛 +4 位作者 张海洋 赵刚 翟小伟 任立峰 马腾 《煤炭技术》 CAS 北大核心 2023年第10期182-185,共4页

为了研究灵新煤矿061404工作面CO分布特征及自燃危险区域分布规律,采用实验测试和现场观测相结合,通过程序升温实验得到了煤氧化过程中CO产生率、氧浓度与煤温的关系;采用现场观测得到了工作面及采空区CO分布特征。研究表明:灵新煤矿在... 为了研究灵新煤矿061404工作面CO分布特征及自燃危险区域分布规律,采用实验测试和现场观测相结合,通过程序升温实验得到了煤氧化过程中CO产生率、氧浓度与煤温的关系;采用现场观测得到了工作面及采空区CO分布特征。研究表明:灵新煤矿在常温下产生微量CO,且CO产生率随氧浓度、煤温增加而增大,煤样易于氧化;采空区CO呈“凹”字形分布,工作面CO沿煤层倾向从进风侧向回风侧逐渐增大;根据工作面采空区CO分布规律,判断CO来源主要途径为采空区遗煤低温氧化,截煤过程中新鲜煤体氧化产生CO气体的影响较小,同时提出了灵新矿061404工作面上隅角的煤自燃CO气体预报定量指标参数。 展开更多

关键词 采空区 煤自燃 CO分布 危险区域

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灵新煤矿煤自然发火规律及指标气体研究 被引量：1

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作者 虎晓龙 朱德清 +5 位作者 张海洋 张羽琛 翟小伟 杨冲 任立峰 马腾 《煤》 2023年第2期1-5,10,共6页

利用大型煤自燃试验台对灵新煤矿16号煤层煤样在常温170℃范围内的氧化特性和指标气体参数规律进行了测试。结果表明,煤温以26 d和37 d为界呈现出不同的升温速率;期间CO、CO_(2)为煤氧反应的主要产物,其余指标气体陆续由煤体氧化与分解... 利用大型煤自燃试验台对灵新煤矿16号煤层煤样在常温170℃范围内的氧化特性和指标气体参数规律进行了测试。结果表明,煤温以26 d和37 d为界呈现出不同的升温速率;期间CO、CO_(2)为煤氧反应的主要产物,其余指标气体陆续由煤体氧化与分解产生且浓度较低;随着煤温的不断升高,实验炉内最高温度点的位置主要沿中轴线变化,并逐渐向进风口下移。此外,对于指标气体的讨论结果表明,炉内O_(2)浓度沿气流方向从进口侧开始逐渐降低,而CO和CO_(2)浓度则表现出相反的变化规律。研究结果为现场煤自燃的预测和防治提供了有力的依据。 展开更多

关键词 煤自然发火 指标气体 特征温度 放热强度

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枣泉煤矿2#煤自燃标志性气体特征研究

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作者 杨致军 余行贤 +3 位作者 黄楹 孟祥涛 任立峰 翟小伟 《能源技术与管理》 2025年第2期4-7,108,共5页

为确定枣泉煤矿2#煤自燃标志性气体特征及临界温度,本文采用程序升温实验研究不同粒径煤样氧化升温过程中产生气体随温度的变化规律,分析2#煤自燃临界温度范围,并计算煤自燃不同阶段回风隅角CO浓度阈值。研究结果表明:CO、CH_(4)、C2H_... 为确定枣泉煤矿2#煤自燃标志性气体特征及临界温度,本文采用程序升温实验研究不同粒径煤样氧化升温过程中产生气体随温度的变化规律,分析2#煤自燃临界温度范围,并计算煤自燃不同阶段回风隅角CO浓度阈值。研究结果表明:CO、CH_(4)、C2H_(4)、C_(2)H_(6)气体浓度随温度升高呈现指数型增长趋势;煤样耗氧速率、CO、CO_(2)、CH_(4)产生率随着温度的升高都呈现指数型增长趋势;2#煤的临界温度范围为70~90℃,干裂温度范围为100~120℃;煤自燃常温、临界及热解条件下回风隅角CO浓度阈值为69×10^(-6)、276×10^(-6)及1327×10^(-6)。研究结果为枣泉煤矿2#煤自燃防控提供了理论支撑。 展开更多

关键词 煤自燃 指标气体 临界温度 CO 程序升温

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