煤自燃气体特征及其对瓦斯爆炸下限影响实验研究

顾周杰^1,2，刘贞堂^1,2，刘浩雄³，钱继发^1,2，林松^1,2，李晓亮^1,2

1. 中国矿业大学安全工程学院2. 中国矿业大学煤矿瓦斯与火灾防治教育部重点实验室3. 中国铁路上海局集团有限公司徐州工务段

摘 要：现有研究大多从煤自燃单组分气体或部分组分混合气体角度对瓦斯爆炸极限进行分析,而对煤自燃过程中不同阶段产生的混合气体对瓦斯爆炸极限的影响分析不足,对煤自燃与瓦斯爆炸的耦合致灾开展的实验研究较少。针对上述问题,通过模拟煤自燃实验装置研究了煤自燃过程中气体生成特征规律;采用20L球形爆炸装置对瓦斯混合煤自燃各个阶段生成气体进行实验,研究了煤自燃气体对瓦斯爆炸下限的影响。实验结果表明,实验煤样自燃过程中产生的可燃性气体主要为CH₄,CO,C₂H₄,C₂H₆,C₂H₂等,其中CH₄和CO体积分数最高,最高体积分数分别为0.75%和0.37%;煤自燃不同阶段产生的可燃性气体含量随自燃时间的增加和温度的升高均呈现增大趋势,煤自燃加热初期,温度小于80℃主要产生了CH₄,CO可燃性气体,CO可以作为煤自燃缓慢氧化阶段的标志气体;随着自燃时间的持续,温度超过80℃后,开始产生C₂H₄和C₂H₆,随后逐渐产生C₃H₈气体,C₂H₄的出现表明煤氧化进入了加速阶段;煤氧化自燃后期,大约到220℃时出现C₂H₂,此时煤进入激烈氧化阶段;低体积分数的CO能抑制瓦斯爆炸,高体积分数CO能促进瓦斯爆炸,导致爆炸压力变大,爆炸下限降低;煤自燃过程中产生的混合气体增大了瓦斯爆炸压力,爆炸下限最大降低了0.55%,瓦斯爆炸的危险性变大。

关键词：煤自燃气体特征;煤自燃与瓦斯爆炸耦合致灾;瓦斯爆炸极限;瓦斯爆炸压力;瓦斯爆炸下限;