高温高压条件下含瓦斯煤解吸-自燃演化特性研究
田富超1
李振榕1
李帅魁2
苏嘉豪2
刘香兰3
姜文忠2
1.中煤科工集团沈阳研究院有限公司煤矿灾害防控全国重点实验室,辽宁沈抚示范区;煤炭科学研究总院,北京 100013;中国矿业大学(北京) 应急管理与安全工程学院,北京 1000132.中煤科工集团沈阳研究院有限公司煤矿灾害防控全国重点实验室,辽宁沈抚示范区;煤炭科学研究总院,北京 1000133.煤炭科学研究总院,北京 100013
摘要：随着矿井开拓水平的延深,煤岩赋存环境呈现出高瓦斯压力、高地温特征,而温度、压力是影响含瓦斯煤吸附-解吸-氧化特性的重要因素.为了探究高温高压下遗煤中瓦斯解吸特征及自燃特性的变化,选用高瓦斯易自燃矿井不同埋深的煤样作为试验对象,设计不同温度和压力下煤中甲烷解吸的正交试验,并对原煤样和解吸煤样进行孔隙及表面积测试、TG-FTIR联用、程序升温试验.结果表明:在整个解吸试验过程中,温度的抑制都显著大于压力的促进作用;高温高压环境主要改变了煤中的微孔结构,致使煤体的比表面积和总孔容都出现增加;解吸后,标高 320 m和标高 343 m煤样的温度突变点提前了 8.7%和 4.9%,同时虽然煤中的官能团种类相同,但含量出现了不同程度的降低;标高 320 m和标高 343 m解吸煤样和原煤样CO生成的交叉温度点分别为 78℃和 74℃,C2H4、C2H6 的浓度始终低于原煤样;同时解吸煤样的耗氧量在相同煤温下出现了下降,在 170℃时差距最大,标高 320 m和标高 343 m解吸前后煤样的氧气含量为 9.3%、13.1%和 10.3%、14.3%,两者的耗氧量最大相差 42.3%、41.2%.综合分析表明,煤体经过高温、高压解吸后煤样在氧化初期更易自燃,产生更多的CO,可以选择CO作为指标气体,而在高温阶段反应剧烈程度有所降低.此外推导出了煤中甲烷解吸对采空区气体环境的实时变化公式,并以 1304综采工作面为模型,对"高瓦斯压力、高地温"特征下采空区遗煤中瓦斯解吸影响下的"氧化带"区域进行了更细致的划分,将范围缩小了63.5%.研究成果可为高瓦斯易自燃煤层瓦斯与火耦合灾害防控提供基础支撑.
关键词：高温高压煤自燃瓦斯解吸微观结构氧化特征危险区域划分复合灾害
分类号：TD313(矿山压力与支护)
资助基金：国家自然科学基金(52174230)国家自然科学基金(52174229)辽宁省自然科学基金资助项目(2023-MS-355)辽宁省自然科学基金资助项目(2022-KF-23-03)
论文发表日期：2024-07-25
在线出版日期：2025-08-15（本平台首次上网日期，不代表文献的发表时间）
页数：13( 101-113 )
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