采煤工作面CO生成規(guī)律及安全臨界指標研究與-西安科技大學科技處

一、項目名稱：采煤工作面CO生成規(guī)律及安全臨界指標研究與應用二、主要完成人排序及貢獻：姓名：翟小偉，排名：1，工作單位：西安科技大學，對本項目技術創(chuàng)造性貢獻：提出了工作面回風隅角CO安全臨界指標模型建立方法，研究了CO氣體的產生規(guī)律?？傮w負責項目研究進度及關鍵技術突破。姓名：張嬿妮，排名：2，工作單位：西安科技大學，對本項目技術創(chuàng)造性貢獻：提出了CO氣體生成規(guī)律的實驗測試方法，確定了工作面CO氣體產生的影響因素及規(guī)律。姓名：馬靈軍，排名：3，工作單位：神華寧煤集團有限責任公司，對本項目技術創(chuàng)造性貢獻：提出了CO氣體檢測的現(xiàn)場布置方法；負責CO氣體安全臨界指標的現(xiàn)場應用及組織實施。姓名：王凱，排名：4，工作單位：西安科技大學，對本項目技術創(chuàng)造性貢獻：提出了煤低溫氧化CO氣體產生的動力學特征，實驗測試了CO氣體低溫氧化產生規(guī)律，構建了煤大分子結構，模擬了煤結構中不同官能團對CO的吸、脫附作用。姓名：鄧軍，排名：5，工作單位：西安科技大學，對本項目技術創(chuàng)造性貢獻：理論研究了工作面開采過程中CO氣體產生的綜合因素，負責項目的理論分析。姓名：王彩萍，排名：6，工作單位：西安科技大學，對本項目技術創(chuàng)造性貢獻：提出了工作面采空區(qū)CO氣體的運移及積聚規(guī)律，研究了采空區(qū)煤自燃CO氣體的分布規(guī)律。姓名：余行賢，排名：7，工作單位：神華寧煤集團有限責任公司，對本項目技術創(chuàng)造性貢獻：現(xiàn)場研究了工作面回風隅角CO氣體的影響因素，觀測了棗泉煤礦主采工作面回采過程中的CO氣體變化規(guī)律。姓名：王亞超，排名：8，工作單位：西安科技大學，對本項目技術創(chuàng)造性貢獻：負責實驗研究煤在低溫氧化過程不同條件下的CO氣體產生規(guī)律。姓名：景巨棟，排名：9，工作單位：神華寧煤集團有限責任公司，對本項目技術創(chuàng)造性貢獻：應用CO氣體安全臨界指標，在不同開采工藝工作面進行了實際應用，提出了CO安全臨界指標的影響因素。姓名：張玉濤，排名：10，工作單位：西安科技大學，對本項目技術創(chuàng)造性貢獻：研發(fā)了細菌對CO消失影響的實驗裝置，實驗研究了煤在變環(huán)境條件下細菌對煤中CO氣體消失的作用過程。姓名：康希武，排名：11，工作單位：神華寧煤集團有限責任公司，對本項目技術創(chuàng)造性貢獻：負責現(xiàn)場應用過程中CO安全臨界指標的修正。三、主要完成單位排序及貢獻：1、西安科技大學推斷了侏羅紀煤分子表面官能團結構，理論分析了煤低溫氧化CO產生機理，并借助Gaussian-03W軟件，模擬了煤低溫氧化脫附CO的微觀過程，提出了煤低溫氧化產生CO的3個過程和3個步驟理論，即煤氧吸附、煤氧反應及CO脫附；研究了細菌對CO消失機理的影響規(guī)律，為火區(qū)CO消失機理提出了新的解釋；研究了煤樣在180℃以下CO的產生規(guī)律及6種氧濃度對CO產生規(guī)律的影響，利用大型煤自然發(fā)火實驗裝置，獲取了產生CO的相關自燃特性參數(shù)；構建了正常開采條件下上隅角CO涌出的GM（1,1）灰色預測模型；首次建立了工作面回風隅角CO濃度的安全指標計算模型，根據(jù)煤自燃特性參數(shù)和采空區(qū)煤自燃規(guī)律計算出了不同開采方式下工作面回風隅角CO濃度的安全指標。2、神華寧煤集團有限責任公司對不同工作面和采空區(qū)的CO、O2進行現(xiàn)場監(jiān)測，獲取了工作面回風隅角及采空區(qū)CO積聚規(guī)律，利用灰色系統(tǒng)理論，分析了工作面回風隅角CO濃度的主要影響因素，現(xiàn)場成功應用了CO安全臨界指標體系。四、項目簡介：本課題主要來源為西安科技大學自選重點科研項目，主要研究領域為煤礦生產安全。中國西部主要開采的侏羅紀煤層回風隅角CO經常超限，該類煤層極易自然氧化，煤層實際最短自然發(fā)火期不足20天。多年以來在各煤層開采過程中，多數(shù)礦井都發(fā)生過煤層自然發(fā)火，80％以上的工作面回風隅角出現(xiàn)CO氣體超限事故，正常推進期間回風隅角最高CO氣體濃度能夠達到300ppm左右，由于對CO產生機理及自燃威脅程度掌握不清，如：2005年，國家煤礦專家組在靈武礦區(qū)“會診”時，特別提出：建立煤層自然發(fā)火預測預報指標體系；開展課題研究，精確分析工作面回風隅角CO氣體超限的原因；通過監(jiān)測系統(tǒng)提供的氣體數(shù)據(jù)，選取并確定靈敏度高、方便靈活的指標性氣體參數(shù)。本課題采用元素分析與紅外光譜實驗方法，獲取了煤分子結構的基本信息，推斷了侏羅紀煤分子表面官能團結構，理論分析了煤低溫氧化CO產生機理，并借助Gaussian-03W軟件，模擬了煤低溫氧化脫附CO的微觀過程，提出了煤低溫氧化產生CO的3個過程和3個步驟理論，即煤氧吸附、煤氧反應及CO脫附；通過自主研發(fā)的設備，研究了細菌對CO消失機理的影響規(guī)律，為火區(qū)CO消失機理提出了新的解釋；利用煤自燃程序升溫實驗裝置，研究了煤樣在180℃以下CO的產生規(guī)律及6種氧濃度對CO產生規(guī)律的影響，利用大型煤自然發(fā)火實驗裝置，獲取了產生CO的相關自燃特性參數(shù)；通過對不同工作面和采空區(qū)的CO、O2進行現(xiàn)場監(jiān)測，獲取了工作面回風隅角及采空區(qū)CO積聚規(guī)律，利用灰色系統(tǒng)理論，分析了工作面回風隅角CO濃度的主要影響因素，構建了正常開采條件下上隅角CO涌出的GM（1,1）灰色預測模型；在以上研究基礎上，首次建立了工作面回風隅角CO濃度的安全指標計算模型，根據(jù)煤自燃特性參數(shù)和采空區(qū)煤自燃規(guī)律計算出了不同開采方式下工作面回風隅角CO濃度的安全指標，該項目研究基于CO產生濃度的煤自燃危險程度更容易反應現(xiàn)場自燃發(fā)展過程，應用方便快捷。五、主要論文專著目錄和主要知識產權證明目錄：主要論文專著目錄：序號論文專著名稱刊名作者年卷頁碼（xx年xx卷xx頁）1Theresearchonthethermaldestructionofenvironmentandcontrollingtechniquesofthe4#outcropsfireinHaibaoqingJournalofCoalScicence&EngineeringXWZhai，JDeng，HWen，APDai，JBWu2011,39(3):345-3482CompositeGelasaBarrierBetweenMineWorkingsandCoalFiresLatestDevelopmentsinCoalFireResearchXWZhai，JDeng，XHZhang2010(5)3AnalysisonModeofPracticalTeachingLinkinInnovativeEngineeringMasterEducationAdvancesinMechanicalResearchXWZhai2011,199-200:1697-17034Researchoftheairleakagelawandcontroltechniquesofthespontaneouscombustiondangerouszoneofre-miningcoalbodyProcediaEngineeringXWZhai，JDeng，HWen，WMa2011,26:472–4795Anewforecastmodelforthecarbon-monoxideconcentrationintheuppercornerofminingfaceJournalofCoalScicence&EngineeringDENG，ZHAI，Xiao-wei，Zheng-xin2011,17(1):39-426工作面上隅角CO濃度預測模型的研究與應用煤炭科學技術翟小偉，馬靈軍，鄧軍2011,39(11):59-627CO在煤體表面的物理吸附特性模擬研究煤炭工程鄧軍，吳康華，翟小偉，張嬿妮，李培煊2011(12):88-908模擬研究CO對煤氧吸附過程的影響煤礦安全鄧軍，吳康華，翟小偉，張嬿妮，李培煊2011,42(9):16-199低壓下不同煤樣對CO的吸附性能研究煤礦安全文虎，程斌，張嬿妮，郭軍，楊一帆2015,46(3):9-1310不同煤種低溫氧化過程指標氣體變化規(guī)律研究煤炭工程王彩萍，王偉峰，鄧軍2013(2):109-11111大采高綜采工作面撤架期間采空區(qū)浮煤自燃防治技術研究礦業(yè)安全與環(huán)保鄧軍，劉文永，王金平，翟小偉，張福勇2011,38(3):29-3112綜放面停采撤架防滅火技術研究中國礦業(yè)王亞超，景興鵬，張辛亥，肖旸2012,21(7):90-9313基于指標氣體增長率分析法測定煤自燃特征溫度煤炭科學技術鄧軍，趙婧昱，張嬿妮2014(7):49-5214玉華礦煤自燃特征溫度增長率分析法測試礦業(yè)安全與環(huán)保鄧軍，趙婧昱，張嬿妮2014(4):7-1015大傾角大采高綜采工作面火災治理與防復燃技術煤礦安全鄧軍，王凱，翟小偉，費金彪2014,45(1):109-11116煤炭自燃災變過程突變特性研究中國安全科學學報張玉濤，李亞清，鄧軍，張辛亥2015,25(1):78-8417柴家溝礦1106聯(lián)絡巷浮煤自燃綜合治理技術應用煤炭工程翟小偉，王慶芳，文虎，段又珉2010(2):37-3918易自燃厚煤層綜放面低速推進條件下煤自燃預防技術煤礦安全翟小偉，段又珉，楊聯(lián)恒，馬威2010,41(4):43-4519大斷面巷道頂板煤自燃規(guī)律及控制方法研究陜西煤炭劉明星，翟小偉，余行賢2013,32(4):1-420棗泉煤礦12206綜放面回收期間煤自燃治理技術研究陜西煤炭陳志中，翟小偉，劉明星，吳康華2011,30(6):38-40主要知識產權證明目錄：知識產權類別知識產權具體名稱國家（地區(qū)）授權號授權日期證書編號權利人發(fā)明人專利有效狀態(tài)實用新型煤自燃高溫程序升溫實驗裝置中國ZL201320783519.22014.06.113616567西安科技大學鄧軍，文虎，金永飛，劉文永，翟小偉有效六、客觀評價等信息：本項目“采煤工作面CO生成規(guī)律及安全臨界指標研究與應用”于2015年12月20日由中國煤炭工業(yè)協(xié)會組織進行了科技成果鑒定，以中國礦業(yè)大學（北京）周心權教授為組長的鑒定委員會委員一致認為“項目研究成果達到國際先進水平”。本項目提出的科技創(chuàng)新成果，經煤炭信息研究院查新工作站查新，得出如下結論：該課題揭示了煤低溫氧化過程中CO的產生的3個過程即煤氧吸附、煤氧反應及CO脫附，通過研究發(fā)現(xiàn)煤中細菌及水培菌具備加速CO轉化的作用特征；采用GM（1.1）灰色系統(tǒng)預測模型對工作面回風隅角CO氣體的影響因素進行了灰色關聯(lián)分析，確定了工作面回風隅角CO濃度的主要來源為煤的常溫復合氧化，并構建了工作面回風隅角CO安全臨界指標計算模型，適用于不同開采方式下回風隅角CO安全指標的確定。國內外檢索出的中文文獻表明，除課題組成員發(fā)表的相關論文外，未見與該課題查新點完全相同的文獻報道。本項目是工作面回風隅角煤自燃預測、預報及防火的重