淺埋綜采面采空區(qū)遺煤CO產(chǎn)生規(guī)律實(shí)驗(yàn)研究

楊小彬，聶朝剛，張子鵬，熊紫琛，裴艷宇

中國(guó)礦業(yè)大學(xué)(北京)應(yīng)急管理與安全工程學(xué)院，北京 100083

我國(guó)95%以上的煤礦都采用井工開采，常面臨著瓦斯、火災(zāi)、水害、粉塵及頂板事故等多種災(zāi)害[1-4]。其中，井下火災(zāi)大多與采空區(qū)遺煤氧化緊密相關(guān)；CO作為煤氧化過(guò)程中的產(chǎn)物，成為井下火災(zāi)預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)的主要指標(biāo)氣體[5-7]。根據(jù)我國(guó)《煤礦安全規(guī)程》第一百三十五條表4礦井有害氣體最高允許濃度規(guī)定，CO最高允許濃度為 0.002 4%[8]。我國(guó)西北部煤層埋藏普遍較淺的礦區(qū)，其典型的賦存特征是埋藏淺、基巖薄、上覆厚松散沙層。例如，銅匠川礦區(qū)高家梁煤礦、神東礦區(qū)補(bǔ)連塔煤礦等，在正常生產(chǎn)開采過(guò)程中，長(zhǎng)期檢測(cè)到其井下綜采工作面回風(fēng)上隅角CO濃度存在異常，回風(fēng)上隅角CO濃度存在不同程度的超限，但生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)并未出現(xiàn)其他自然發(fā)火的征兆[9-12]。該現(xiàn)象增加了井下正常生產(chǎn)時(shí)的事故風(fēng)險(xiǎn)，容易引發(fā)采空區(qū)遺煤的自然發(fā)火。為了井下工人的生命安全，避免造成設(shè)備和財(cái)產(chǎn)的巨大損失，有必要弄清楚較淺埋煤層工作面采空區(qū)CO生成規(guī)律。

國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)煤升溫氧化產(chǎn)氣規(guī)律開展了大量的研究。蔣志剛[13]利用煤低溫自然發(fā)火實(shí)驗(yàn)?zāi)M得出CO氣體產(chǎn)生量和產(chǎn)生速率與煤樣溫度的關(guān)系方程，主要通過(guò)φ(CO)/φ(CO2)及φ(CO)/φ(CO2)兩個(gè)指數(shù)隨著溫度的變化關(guān)系掌握CO氣體的變化規(guī)律，得到CO產(chǎn)生量隨煤溫升高而增大。譚波等[14]發(fā)現(xiàn)，在煤層鉆孔作業(yè)時(shí)有一定量的CO生成，且CO的生成量與鉆頭轉(zhuǎn)速和溫度成正比。秦躍平等[15]研究發(fā)現(xiàn)，不同粒徑的煤樣氧化速率隨溫度升高而增大，粒徑較小的煤樣耗氧速率增加較快。楊小彬等[16]構(gòu)建了工作面氧氣濃度預(yù)測(cè)模型，為工作面氣體異常防治提供了思路。王鳳雙等[17]基于程序升溫實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，研究了檸條塔礦6種粒徑煤樣低溫氧化過(guò)程的升溫速率變化規(guī)律。李宗翔等[18]用封閉耗氧實(shí)驗(yàn)確定采空區(qū)窒熄帶臨界氧氣體積分?jǐn)?shù)的新方法。鄧軍等[19]利用煤自燃程序升溫實(shí)驗(yàn)裝置，研究了不同粒徑煤樣在低溫氧化階段的耗氧速率以及氣體產(chǎn)物與溫度對(duì)應(yīng)關(guān)系，得到不同粒徑煤樣的臨界溫度點(diǎn)。陳興等[20]發(fā)現(xiàn)粒徑越小的煤樣氣體產(chǎn)生速率的變化幅度越大，隨著煤樣粒徑的減小，煤樣和O2反應(yīng)面積增大，交叉點(diǎn)溫度相應(yīng)降低，煤樣粒徑對(duì)煤自燃有明顯影響。

以上學(xué)者對(duì)煤樣的升溫氧化規(guī)律做了大量的研究，但對(duì)淺埋煤層綜采面回風(fēng)上隅角處長(zhǎng)期存在CO異常及其采空區(qū)內(nèi)CO產(chǎn)生規(guī)律的研究較少?？紤]高家梁礦淺埋綜采面回風(fēng)上隅角處長(zhǎng)期存在CO異常問(wèn)題，可能與采空區(qū)內(nèi)遺煤氧化有關(guān)，為避免采空區(qū)實(shí)測(cè)時(shí)溫度探頭的測(cè)量誤差導(dǎo)致遺漏高溫區(qū)域，并研究采空區(qū)內(nèi)遺煤可能出現(xiàn)的局部高溫區(qū)域的CO產(chǎn)生規(guī)律，利用油浴式煤升溫氧化實(shí)驗(yàn)裝置對(duì)高家梁礦煤樣進(jìn)行升溫氧化實(shí)驗(yàn)，通過(guò)模擬煤體自熱升溫來(lái)探究煤在氧化過(guò)程中O2、CO及CO2濃度的變化規(guī)律，同時(shí)計(jì)算煤的耗氧速率、CO和CO2產(chǎn)生速率以及氧化放熱強(qiáng)度[21]，并繪制各參數(shù)隨溫度變化的曲線圖，依次分析和歸納各煤樣的臨界溫度，最后通過(guò)回歸分析得到煤的耗氧速率、CO產(chǎn)生速率與溫度的關(guān)系。

本文主要以高家梁礦淺埋煤層煤樣為研究對(duì)象，與陽(yáng)泉礦深埋煤層煤樣相對(duì)比，研究淺埋煤層煤體氧化過(guò)程中的CO產(chǎn)生規(guī)律，進(jìn)而為淺埋綜采面上隅角CO長(zhǎng)期異常提供解決思路，同時(shí)為不同埋深礦區(qū)的自然發(fā)火防治提供參考依據(jù)。

1 礦井概況

高家梁礦地處鄂爾多斯市，井田內(nèi)賦存煤層的變質(zhì)程度普遍較低，綜合機(jī)械化采煤工藝，自然垮落法處理采空區(qū)。本次研究煤層為2-2中、3-1、4-2中煤層，變質(zhì)階段為煙煤Ⅰ階段，埋深 196～278 m。其中，2-2中煤層厚度0～6.07 m，平均2.99 m；3-1煤層全區(qū)可采，煤層厚0.34～6.96 m，平均2.20 m；4-2中煤層基本全區(qū)可采，煤層厚度0.29～5.62 m，平均2.76 m。據(jù)高家梁礦生產(chǎn)地質(zhì)報(bào)告，2-2中煤、3-1煤、4-2中煤層煤塵均有爆炸性和自燃性，屬于I級(jí)易自燃煤層。煤層自然發(fā)火期為40～60 d，地溫11.5 ℃～13.7 ℃。

陽(yáng)泉礦區(qū)位于沁水盆地東北部，煤層屬于變質(zhì)程度稍低的無(wú)煙煤，綜合機(jī)械化采煤工藝，一次采全高。15煤層均厚5.88 m，為全區(qū)穩(wěn)定可采煤層，埋深基本在1 200 m以淺[22]，陽(yáng)泉礦區(qū)埋深 300～1 000 m煤層含氣量在5～30 m3/t之間。相比而言，陽(yáng)泉礦煤層埋藏更深。

2 油浴式煤升溫氧化實(shí)驗(yàn)

本實(shí)驗(yàn)煤樣采自高家梁礦2-2中、3-1、4-2中煤層和陽(yáng)泉礦煤層，以高家梁礦淺埋煤層為主，用陽(yáng)泉礦深埋煤層做對(duì)比。將煤樣用顎式破碎機(jī)破碎，篩分0.18～0.25 mm(60～80目)粒徑的顆粒各160 g作為實(shí)驗(yàn)煤樣，最后把煤樣標(biāo)號(hào)，封口待用。具體采集煤樣見表1。

表1 采集煤樣信息Tab.1 Collected coal sample information

采用硅油作為導(dǎo)熱介質(zhì)，使煤樣升溫氧化時(shí)溫度分布更均勻、溫升速率更容易控制。油浴式煤低溫氧化實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)如圖1所示。

1—質(zhì)量流量計(jì)；2—混氣室；3—升溫爐；4—預(yù)熱銅管；5—攪拌器；6—加熱圈；7—硅油；8—煤樣罐；9—測(cè)溫線路；10—控制面板圖1 油浴式煤升溫氧化實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)原理Fig.1 Schematic diagram of oil bath coal low temperature oxidation experiment system

升溫氧化實(shí)驗(yàn)進(jìn)行時(shí)，由氣泵向煤樣罐提供空氣，保證恒定的進(jìn)氣口氧氣濃度。采用油浴式升溫裝置，每隔10 ℃進(jìn)行一次數(shù)據(jù)采集，設(shè)置每升高10 ℃恒溫45 min。實(shí)驗(yàn)開始時(shí)系統(tǒng)會(huì)以1 ℃/min的速率自動(dòng)進(jìn)行升溫，將油溫保持在15 ℃，程序設(shè)定自動(dòng)保持恒溫一段時(shí)間，5 min內(nèi)不發(fā)生大的變化時(shí)煤溫已經(jīng)趨于穩(wěn)定。此時(shí)打開氣閥將氣體通入島津GC-2014型氣相色譜儀，分析出口側(cè)各氣體的濃度，15 min后進(jìn)入下一升溫階段進(jìn)行分析。煤樣在每個(gè)設(shè)定溫度下進(jìn)行2組實(shí)驗(yàn)，對(duì)比實(shí)驗(yàn)結(jié)果，選取線性回歸擬合相對(duì)誤差值較小的一組作為實(shí)驗(yàn)結(jié)論?？紤]高家梁礦采空區(qū)內(nèi)遺煤溫度并未達(dá)到很高這一實(shí)際情況，故重復(fù)操作從平均低溫21.2 ℃升溫至170 ℃，結(jié)束該煤樣實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)裝置如圖2所示。

圖2 油浴式煤升溫氧化實(shí)驗(yàn)裝置Fig.2 Oil bath coal low temperature oxidation experimental device

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析

實(shí)驗(yàn)通過(guò)分析升溫爐進(jìn)出口氣體的濃度和成分變化，分別得到了煤樣的O2消耗量和耗氧速率以及CO、CO2的生成量和生成速率，將各氣體變化參數(shù)代入公式計(jì)算得到各煤樣的放熱強(qiáng)度。實(shí)驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)，各礦井采集煤樣在低溫時(shí)便發(fā)生氧化，O2逐漸被消耗并產(chǎn)生了CO2，但CO初始測(cè)定時(shí)產(chǎn)生量較低；隨著溫度升高O2的消耗速率逐漸增加，CO2和CO產(chǎn)生量也逐漸增加，表示煤的氧化速率也逐漸加快。

3.1 各氣體與溫度的變化關(guān)系

為更加直觀地觀察各煤層生成氣體和氧氣消耗隨溫度變化關(guān)系，繪制煤樣氧化實(shí)驗(yàn)過(guò)程中的氣體變化圖。

3.1.1 氧氣消耗量與溫度之間的變化關(guān)系

實(shí)驗(yàn)過(guò)程中的氧氣消耗量與溫度之間的變化關(guān)系如圖3所示。

圖3 O2消耗量隨溫度變化的對(duì)比曲線Fig.3 Comparison curve O2 consumption with temperature changing

由圖3可以看出：

(1) 輸出氣體中O2的濃度隨著溫度的升高而降低，代表著實(shí)驗(yàn)過(guò)程中各煤層煤樣一直進(jìn)行氧化反應(yīng)并消耗氧氣。

(2) 各煤樣氧氣濃度降低的速率各不相同。在實(shí)驗(yàn)開始溫度較低時(shí)，氧氣濃度下降均較為平緩，各煤樣差距較小，但隨溫度升高各煤樣差距逐漸明顯；在同一煤溫下，高家梁礦各煤層煤樣的氧氣消耗量明顯大于陽(yáng)泉礦。

(3) 觀察任一煤樣氧氣下降速率，當(dāng)實(shí)驗(yàn)開始溫度較低時(shí)，各煤樣氧氣濃度下降均較為平緩，但高家梁礦各煤樣在煤溫達(dá)到40 ℃時(shí)出現(xiàn)第一次突躍，各煤樣的氧氣消耗速率增加；當(dāng)煤溫達(dá)到130 ℃時(shí)，高家梁礦各煤樣出現(xiàn)第二次突躍，各煤樣氧氣消耗速率再次增加。而陽(yáng)泉礦煤樣則只有一次明顯突躍，且滯后至120 ℃左右。

3.1.2 碳氧化合物產(chǎn)生量與溫度之間的變化關(guān)系

實(shí)驗(yàn)過(guò)程中的碳氧化合物產(chǎn)生量與溫度之間的變化關(guān)系如圖4和圖5所示。

圖4 CO生成量隨溫度變化的對(duì)比曲線Fig.4 Comparison curve CO production with temperature changing

圖5 CO2生成量隨溫度變化的對(duì)比曲線Fig.5 Comparison curve CO2 production with temperature changing

由圖4和圖5可以看出：

(1) 各煤層CO和CO2的體積分?jǐn)?shù)隨著溫度的升高而增大，高家梁礦各煤層在低溫時(shí)便發(fā)生氧化產(chǎn)生了CO，且在煤溫僅40 ℃時(shí)CO產(chǎn)生的體積分?jǐn)?shù)便達(dá)到了1×10-4，煤礦現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)約為8×10-5，考慮煤樣從取樣到實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)期間已發(fā)生常溫氧化，因此實(shí)驗(yàn)結(jié)果數(shù)據(jù)相對(duì)可靠，證明采空區(qū)內(nèi)遺煤氧化是影響綜采面回風(fēng)上隅角CO異常的直接原因。

(2) 各煤樣CO和CO2的生成速率各不相同。實(shí)驗(yàn)開始溫度較低時(shí)，埋深不同的各煤樣CO和CO2的生成均較為平緩，各煤樣差距較小；隨著溫度升高，各煤樣差距逐漸明顯，同一煤溫下，高家梁礦各煤層煤樣的CO和CO2的生成量明顯大于陽(yáng)泉礦的煤樣。

(3) 觀察任一煤樣CO和CO2的生成速率，當(dāng)實(shí)驗(yàn)剛開始溫度較低時(shí)，各煤層CO和CO2的生成均較為平緩，但高家梁礦各煤樣在煤溫達(dá)到40 ℃左右時(shí)出現(xiàn)第一次突躍，各煤樣的CO和CO2的生成速率增加，在煤溫達(dá)到130 ℃左右時(shí)高家梁礦各煤樣出現(xiàn)第二次突躍，各煤樣CO和CO2的生成速率再次增加。而陽(yáng)泉礦煤樣的CO和CO2的生成速率在煤溫達(dá)到100 ℃左右出現(xiàn)第一次突躍，在160 ℃左右僅有CO2的生成速率出現(xiàn)第二次突躍?？梢?，淺埋煤層的煤樣比深埋煤層煤樣更易升溫氧化，提前進(jìn)入加速氧化階段。

3.2 煤的耗氧速率與CO產(chǎn)生速率分析

為了觀察煤升溫氧化時(shí)的氣體產(chǎn)生速率與耗氧速率，更加準(zhǔn)確地確定各煤樣氧化過(guò)程中的臨界溫度，需對(duì)煤的升溫氧化過(guò)程中的氣體變化數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算分析。根據(jù)煤樣在升溫氧化過(guò)程的氧濃度消耗量與溫度變化的關(guān)系來(lái)計(jì)算煤樣的耗氧速率。

本次實(shí)驗(yàn)升溫速率保持在1 ℃/min，油溫變化速率緩慢，且實(shí)驗(yàn)使用煤樣量較小，可以認(rèn)為煤罐內(nèi)的溫度保持均勻變化，則可推導(dǎo)出單位體積煤的平均耗氧速率為

(1)

式中，v(t)為煤樣的耗氧速率，mol/(cm3·s)；C為O2濃度，mol/cm3；t為時(shí)間，s；x為軸向單位長(zhǎng)度，cm；v為氣體的滲流速率，cm/s；Q為氣體流量，mL/min；S為煤罐斷面積，cm2；n為煤樣的孔隙率，%。

在新鮮空氣中煤耗氧速率為

(2)

式中，v0(t)為新鮮風(fēng)流中煤耗氧速率，mol/(cm3·s)；C0為進(jìn)風(fēng)氧濃度，取21%。

對(duì)耗氧速率進(jìn)行積分可得

(3)

式中，L為裝煤的高度(包含孔隙)，cm；C1為每次實(shí)驗(yàn)前測(cè)得空氣氧濃度，%；C2為出口側(cè)氧濃度，%。

將不同煤樣在各實(shí)驗(yàn)溫度的耗氧速率和CO產(chǎn)生速率分別標(biāo)示于圖6和圖7中，得到各個(gè)煤樣的耗氧速率和CO產(chǎn)生速率隨溫度變化的關(guān)系曲線。

圖6 耗氧速率隨溫度變化的對(duì)比曲線Fig.6 Comparison curve of oxygen consumption rate with temperature changing

圖7 CO產(chǎn)生速率隨溫度變化的對(duì)比曲線Fig.7 Comparison curve of CO production rate with temperature changing

由圖6和圖7得出：

(1) 隨著溫度升高，耗氧速率和CO產(chǎn)生速率一直在呈加速率增加，表明溫度對(duì)煤的氧化速率起著促進(jìn)作用。

(2) 在實(shí)驗(yàn)開始溫度較低時(shí)，各煤樣耗氧速率和CO產(chǎn)生速率的變化均較為平緩，各煤樣差距較??；隨著溫度升高，各煤樣差距逐漸明顯。同一煤溫下，高家梁礦各煤層煤樣的耗氧速率和CO產(chǎn)生速率的變化速率總體上明顯大于陽(yáng)泉礦，且高家梁礦不同埋深煤層的耗氧速率增加速率也不完全相同，依次為2-2中>3-1>4-2中煤層，而埋深趨勢(shì)依次為4-2中>3-1>2-2中煤層，說(shuō)明煤層埋藏越淺，煤的耗氧速率越快。

(3) 觀察高家梁礦各煤樣耗氧速率和CO產(chǎn)生速率，發(fā)現(xiàn)在煤溫達(dá)到40 ℃時(shí)出現(xiàn)第一次突躍，各煤樣的耗氧速率和CO產(chǎn)生速率開始快速增加，且明顯逐漸大于陽(yáng)泉礦。此時(shí)高家梁礦煤樣可能比陽(yáng)泉礦先進(jìn)入加速氧化階段；在煤溫升高至130 ℃時(shí)高家梁礦各煤樣出現(xiàn)第二次突躍，煤樣耗氧速率和CO產(chǎn)生速率再次明顯變大，此時(shí)考慮高家梁礦煤樣可能進(jìn)入急劇氧化階段。而陽(yáng)泉礦煤樣則只有一個(gè)明顯突越，且耗氧速率相對(duì)滯后至120 ℃左右，CO產(chǎn)生速率相對(duì)滯后至100 ℃左右。表明升溫對(duì)不同埋深煤樣的氧化速率促進(jìn)作用不同，對(duì)淺埋深煤樣促進(jìn)作用更強(qiáng)。

(4) 綜合高家梁礦煤樣耗氧速率隨溫度的變化情況，得出高家梁礦各煤層煤樣有2個(gè)臨界溫度，分別為40 ℃和130 ℃，煤樣分別進(jìn)入加速氧化階段和劇烈氧化階段。

3.3 耗氧速率與CO產(chǎn)生速率的線性回歸分析

把耗氧速率、CO產(chǎn)生速率與溫度的關(guān)系以臨界溫度為分界點(diǎn)，回歸成前后兩條直線和一條指數(shù)曲線。回歸的直線方程用y=ax+b表示，指數(shù)方程用y=aex表示，如圖8至圖10所示。

圖8 2-2中煤層的耗氧速率和CO產(chǎn)生速率線性回歸分析Fig.8 Linear regression analysis of oxygen consumption rate and CO production rate of 2-2中coal seam

圖9 3-1煤層的耗氧速率和CO產(chǎn)生速率線性回歸分析Fig.9 Linear regression analysis of oxygen consumption rate and CO production rate of 3-1coal seam

圖10 4-2中煤層的耗氧速率和CO產(chǎn)生速率線性回歸分析Fig.10 Linear regression analysis of oxygen consumption rate and CO production rate of 4-2中coal seam

由回歸分析可知，煤在升溫氧化時(shí)耗氧速率、CO產(chǎn)生速率與溫度均存在依賴關(guān)系?？梢钥闯觯煌裆畹母髅簶釉谂R界溫度前后耗氧速率的變化近似成直線關(guān)系和指數(shù)關(guān)系。由此可以根據(jù)溫度來(lái)確定煤的氧化階段，從而判斷自然發(fā)火狀態(tài)，達(dá)到預(yù)警目的。

3.4 放熱強(qiáng)度計(jì)算

煤氧復(fù)合作用理論中，常溫下煤與氧進(jìn)行物理吸附、化學(xué)吸附和化學(xué)反應(yīng)發(fā)生氧化自熱的過(guò)程中，均會(huì)有不同程度的熱量釋放，但煤體在進(jìn)行物理吸附時(shí)放出的熱量很少，可以忽略。因此，在進(jìn)行煤的放熱量的計(jì)算時(shí)，通入氣體中氧氣分別被反應(yīng)生成CO、CO2和化學(xué)吸附兩部分所消耗。此時(shí)得到煤的放熱強(qiáng)度[23]計(jì)算公式為

Q(t)=QO2(t)+QCO(t)+QCO2(t)

(4)

(5)

(6)

(7)

(8)

(9)

計(jì)算各煤層放熱強(qiáng)度并繪制放熱強(qiáng)度隨溫度升高變化曲線，如圖11所示。

圖11 放熱強(qiáng)度隨溫度變化的對(duì)比曲線Fig.11 Change curve of heat release intensity with temperature changing

根據(jù)各煤層煤樣放熱強(qiáng)度隨溫度升高變化曲線得出：

(1) 高家梁礦各煤層煤樣放熱強(qiáng)度隨溫度升高而增大。當(dāng)溫度較低時(shí)(≤ 40 ℃)，放熱強(qiáng)度隨溫度變化較小，隨溫度的升高略微增大；當(dāng)溫度在40 ℃～130 ℃時(shí)，各煤樣放熱強(qiáng)度隨溫度的升高開始加速上升；當(dāng)溫度高于130 ℃以后，耗氧速率隨著溫度的升高而急劇變大，變化趨勢(shì)非常明顯。陽(yáng)泉礦煤樣放熱強(qiáng)度也隨溫度升高而增大，在120 ℃以后增速加快，但明顯低于高家梁各煤層放熱強(qiáng)度。

(2) 各煤樣放熱強(qiáng)度隨溫度的變化情況與前文各氣體產(chǎn)生和消耗規(guī)律類似，更加有力地驗(yàn)證了高家梁一號(hào)礦各煤層煤樣有40 ℃和130 ℃兩個(gè)臨界溫度，分別對(duì)應(yīng)加速氧化反應(yīng)起點(diǎn)和劇烈氧化反應(yīng)起點(diǎn)，而受煤層埋藏深度增加的影響，陽(yáng)泉礦只有一個(gè)不明顯臨界溫度，相對(duì)滯后在100 ℃～120 ℃之間，升溫對(duì)淺埋煤樣的氧化放熱促進(jìn)作用更強(qiáng)。

4 結(jié) 論

通過(guò)對(duì)我國(guó)西北部高家梁礦淺埋深2-2中、3-1、4-2中煤層綜采面煤樣進(jìn)行升溫氧化實(shí)驗(yàn)，并輔以陽(yáng)泉礦深埋煤層15煤層對(duì)比分析，可以得出：

(1) 高家梁礦淺埋深各煤層煤樣在低溫時(shí)便消耗了O2，產(chǎn)生了較高體積分?jǐn)?shù)的CO。其中，3-1煤層綜采面在40 ℃時(shí)CO產(chǎn)生的體積分?jǐn)?shù)達(dá)到了1 × 10-4，接近現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)結(jié)果，足以證明采空區(qū)內(nèi)遺煤氧化是導(dǎo)致其綜采面回風(fēng)上隅角CO異常的主要原因。

(2) 煤層埋藏越淺，升溫氧化時(shí)煤的耗氧速率和CO產(chǎn)生速率越快，升溫對(duì)淺埋深煤樣的氧化放熱促進(jìn)作用更強(qiáng)。高家梁礦淺埋深升溫氧化實(shí)驗(yàn)過(guò)程中的耗氧速率增加速度依次為2-2中>3-1>4-2中煤層，且相同煤溫下，其各煤層CO產(chǎn)生量和產(chǎn)生速率、O2的消耗量和消耗速率以及放熱強(qiáng)度均明顯大于深埋的陽(yáng)泉礦煤層。

(3) 高家梁礦淺埋深各煤層有40 ℃和130 ℃兩個(gè)臨界溫度，分別對(duì)應(yīng)進(jìn)入加速氧化階段起點(diǎn)和急劇氧化階段起點(diǎn)，因此可以根據(jù)溫度來(lái)確定煤的氧化階段。而陽(yáng)泉礦深埋煤層只有一個(gè)不明顯臨界溫度，相對(duì)滯后在100 ℃～120 ℃之間。表明淺埋深煤樣比深埋煤層煤樣更易升溫氧化，更早進(jìn)入加速氧化階段，且所需溫度更低，在常溫下就應(yīng)對(duì)淺埋深的礦井采取預(yù)防自然發(fā)火措施。