2 朝阳煤矿煤样自然发火全过程的实验模拟
40cm 10cm 12cm12cm 聚氨脂 ф5cm排烟气孔 17cm 12cm 6cm 6cm 带水封顶盖 5mm钢板 ф60cm装煤口4个 进气管 10cm 玻 耐 璃 火 丝 砖 棉聚红 氨砖 脂层 140cm 20cm 20cm 20cm 支 撑杆 20cm 20cm 20cm 20cm 温控参照点 20cm 20cm 20cm 60cm 40cm 20cm 20cm 出煤口 5cm 铜丝网 钢筋网 10cm 6cm 8cm 15cm 6cm 注：·为测温探头和取气孔安装点 支撑柱 电热管控温层 图2.2 煤自然发火实验台炉体结构图
炉体内层为120mm厚的耐火砖保温层，顶部、底部和周边的中间层是用4mm钢板作的100mm厚的水层，水层外是120mm厚的聚胺酯泡沫绝热层，炉体外层是120mm的红砖层。φ8mm、120m长的紫铜进气管从上到下缠绕在中间水层的内壁上，该进气管从下部进入底部铜丝网下的空间，使进气温度与煤堆边界温度近似。顶部留有20cm自由空间，便于均匀出气，顶盖上留有排气口，底部留有20cm自由空间，以保证进气均匀；炉壁由绝热层和控温层组成。炉内布置了若干热敏电阻探头，以测定煤温，在炉中心轴处同时设有取气管用来检测炉中气体成分。炉内温度测点分布见表2.3，取气点分布及其对应的束管编号见表2.4。
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表2.3 实验台内各测点布置表
r(cm) Z(cm) 220 200 180 160 140 120 100 80 60 40 20 0 0 测点号 12，1 11，1 10，1 9，1 8，1 7，1 6，1 5，1 4，1 3，1 2，1 1，1 20 测点号 12，2 11，2 10，2 9，2 8，2 7，2 6，2 5，2 4，2 3，2 2，2 1，2 60 测点号 12，3 11，3 10，3 9，3 8，3 7，3 6，3 5，3 4，3 3，3 2，3 1，3 120 测点号 12，4 11，4 10，4 9，4 8，4 7，4 6，4 5，4 4，4 3，4 2，4 1，4 层号 第十二层 第十一层 第十层 第九层 第八层 第七层 第六层 第五层 第四层 第三层 第二层 第一层 备 注 r=140cm处是炉边,以铜丝网与煤样交界点0为坐标原点。 表2.4 实验炉内束管编号与位置分布表
层号 0m 0.7m 1 1 2 2 8 3 3 17 22 4 14 21 5 24 13 6 6 20 7 23 10 8 19 16 9 7 4 10 5 9 11 15 11 12 12 18 2.3.2供风系统
由无油气体压缩机提供的风量经过稳流阀进入流量计恒定达到风量控制。从流量计出来的风量进入湿度调节箱，使风流湿度与箱内水层的湿度相同，同时气流中含有与湿度调节箱温度相同的水蒸气，湿度调节箱出口的风流再进入温度调节箱，使风流温度与煤体环境温度相同，这样，进入煤体的风流湿度及温度均能得以控制。供风系统流程如图2.3。
压 力 压 表 缩 机 出 口 空气包 稳 流 阀 流 量 计 湿度 调节 箱 温度 调节 入 箱 口 炉内 煤体 压 差 计 图2.3 供风系统流程框图
2.3.3气体采集与分析
气样数据采集可人工采集，也可用束管自动进样采集。束管的炉内部分用ф2mm不锈钢管，炉外部接ф3×2mm的耐高温聚四氟管。自动采集时，系统通过气泵和束管自动地抽取炉内的气样，送至气相色谱仪分析气体成份和浓度，并保存分析结果。气样分析系统选用GC-85型矿井自动气相色谱仪，如图2.4。
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图2.4 气体检测分析系统
该自动气相色谱仪采用组合式整体结构，主要由双柱箱专用气相色谱仪、自动取样器、色谱数据处理工作站组成。从取气→分析→检测→报告打印全过程由微机控制，自动监测实验台中各测点的气体变化情况。
每天检测各取气测点的气体变化情况，主要监测的参数有：O2、CO、CO2、CH4、C2H6、C2H4、CH2、N2等八种气体的浓度。并通过采用微量气体浓缩吸附装置，使气相色谱仪对乙烯等指标气体的最小检知浓度扩大10～20倍。
2.3.4自动测温和控制系统
实验台自动测温及控制系统采用模块化结构，用远端数据采集与控制模块。实验台的监控系统随时监控实验台外层环境温度和供风量，采集并储存各个测点的温度数据，监控软件的运行界面见图2.5。
图2.5 监控软件运行界面
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2.4实验过程与结果分析 2.4.1实验过程
实验从2005年3月21日开始至6月7日结束，共历时80天。分为自然升温、绝氧降温、供风复燃三个部分。
自然升温：实验炉从2005年3月21日送入空气至5月18日结束，炉内最高煤温从31.4℃升至358.3℃，历时59天。
绝氧降温：5月18日停止供风后，至6月1日，炉内最高煤温从358.3℃降至81.5℃，历时14天，观测煤体的绝氧降温过程。
供风复燃：6月1日继续供风后，至6月4日，炉内最高煤温从81.5℃升至328.7℃，历时4天，观测煤体的供风复燃过程。
2.4.2实验结果
2.4.2.1 温度数据分析
煤自然升温过程中，炉内混煤各点温度随时间、供风量和散热条件而变化。实验炉内供风量、水温及出口氧浓度变化情况见附表1；实验炉内最高温度点位置及其温度变化率见附表2； 自燃升温过程中，炉内混煤各点温度及各种气体浓度均随时间、漏风强度和散热条件而变化。其中炉内中心轴处温度上升最快，最高温度点温度与供风时间的关系如图2.6，最高温度变化率与煤温的变化关系见图2.7，曲线图2.8。 360煤温(℃)34032030028026024022020018016014012010080604020051015202530354045505560拟合曲线实测曲线时间(天)图2.6 煤温随时间的变化关系
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44.0042.0040.0038.0036.0034.0032.0030.0028.0026.0024.0022.0020.0018.0016.0014.0012.0010.008.006.004.002.000.0030354045505560707580859095100105110115120125130135140145155185205225255265270275280310320325350370380390最高温度点的温度变化率图2.7 温度最高点温度变化率与煤温关系曲线
2.001.901.801.701.601.501.401.301.201.101.000.900.800.700.600.500.400.300.200.100.0030354045505560707580859095100105110115120125130135140145最高温度点的温度变化率
图2.8 低温阶段温度最高点温度变化率与煤温关系曲线
从附表1、附表2和图2.6至图2.8可以看出：
1）朝阳煤矿煤样在氧化初期，随着供风时间增加，煤氧化升温较慢；供风时间超过28天后，煤氧化升温开始加快，对应的煤温为70～95℃(临界温度)；氧化时间超过55天，升温曲线急剧变陡，对应的煤温为105～120℃（干裂温度）。供风时间
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