[发明专利]一种基于活性位点的岩浆侵蚀煤体自燃危险区域划分方法

说明书

本发明公开了一种基于活性位点产生的岩浆侵蚀煤体自燃危险区域划分方法，其属于煤矿安全生产技术领域；解决了实际开采中不能准确判断岩浆侵蚀煤体易自燃的危险区域问题。为探究基于活性位点产生的岩浆侵蚀煤体自燃危险区域划分的标准，利用煤中原生活性位点与次生叠加活性位点浓度及常温氧化实验中煤心温度升高幅度进行对比得出。根据所得的实验数据结合受热煤体活性位点的氧化观点发现活性位点浓度与氧化过程的升温幅度成正相关，氧化过程的升温幅度即是活性位点浓度的直接体现。结合数值模拟分析计算进而实现对受岩浆侵蚀煤体自燃危险区域进行准确划分，完善受岩浆热影响煤层易自燃程度的标准，为开采受岩浆侵蚀的煤田提供预警和降低管理成本的作用。

技术领域

本发明涉及煤矿安全生产技术领域，更具体地说，是涉及一种于活性位点产生的岩浆侵蚀煤体自然危险区域划分方法。

背景技术

中国东部中生代存在大规模岩浆活动。煤矿开采过程中，随着采深的增加，越来越多的煤矿出现岩浆侵蚀煤田的情况。岩浆携带的巨大热量会使煤在原有的深成变质作用的基础上进行二次发育，造成二次生烃，使煤层瓦斯含量增加，煤中的含氧官能团受岩浆热的影响产生大量的活性位点并积累。与原煤相比受岩浆热影响煤体的孔隙率、孔容、平均孔径增加，直径≥20nm的孔隙增加，O₂运输能力增加，而孔隙的发育大大提高了活性物质与氧的接触面积。受岩浆侵蚀的煤体水分和挥发分减少，灰分增加，相比于正常的煤自燃过程要经历潜伏期、自热期、燃烧期，受岩浆侵蚀的煤体会直接到达自热期且升温速率极快。受岩浆侵蚀的煤体在开采时伴随着高浓度的瓦斯一旦发生自燃现象，极易在井下发生爆炸，造成巨大的人员伤亡和损失。

受岩浆热影响的煤样本质上属于一类特殊的受高温热解后的煤样，和正常煤样相同的是都会在开采时经历低温氧化过程，不同的是受岩浆热影响的煤样是先经历高温热解后再经历低温氧化过程。而煤样的热解对低温氧化过程有着重要的影响，煤中含氧官能团受热分解会产生大量的活性位点，活性位点可以在惰性气体条件下稳定存在并积累，一旦接触氧气即使在常温下也会产出大量的CO和CO₂等产物并放出大量的热，因此，本发明提出的一种基于活性位点的岩浆侵蚀煤体自燃危险区域划分方法是基于受热煤体活性位点的常温氧化观点与热解-常温氧化实验的。岩浆侵入煤体后岩浆的热效应会使整片区域的煤在不同温度下发生热解产生大量的活性位点，而岩浆的封盖作用使得活性位点在封闭条件下稳定存在并慢慢积累，当开采至相应位置的煤体时新鲜风流携带大量氧气涌入工作面使活性位点迅速氧化放热出现开采时自然发火的情况。

在实际生产中受岩浆侵蚀的煤体在开采时常常伴随着高浓度的瓦斯，一旦煤体出现自燃现象极易在井下发生爆炸，造成巨大的人员伤亡和不可估量的损失。另一方面大量矿井在开采受岩浆侵蚀煤体时一旦出现自燃迹象便会立即封闭整条巷道，并将整片区域无差别的按照Ⅰ类自燃煤体进行管理，这无疑增加了对于井下维护的成本。而利用本发明提出的一种基于活性位点产生的岩浆侵蚀煤体自燃危险区域划分方法将受岩浆热影响区域的煤体进行自燃危险等级划分，可将最易自燃的煤体区域与不易自燃煤体区域准确的区分开，依据划分结果再采取相应的管理办法，这种精准管理可大大降低在开采受岩浆侵蚀煤体时对井下的维护成本，减少不必要的资源浪费。因此，本发明提出一种基于活性位点产生的岩浆侵蚀煤体自燃危险区域划分方法，将受岩浆热影响的煤体按照岩浆热影响的温度结合受热煤体活性位点的常温氧化观点将煤的自燃危险区域准确划分，形成精准管理和预警，减少企业损失和不必要的资源浪费。

发明内容

针对实际生产中对受岩浆热影响煤体自燃危险区域预警与划分技术的发展滞后情况，本发明提出一种基于活性位点产生的岩浆侵蚀煤体自燃危险区域划分方法。所述的划分方法能够准确的划分出受岩浆热影响后煤体自燃的危险区域，为实际生产提供自燃预警和实施受岩浆侵蚀煤体管理的理论基础。

为解决上述技术问题，为此本发明包括以下步骤：

1)选择一种煤种煤样，剥离煤样表面氧化层后利用行星式球磨机进行破碎；