煤低温氧化过程中微晶结构变化规律研究

煤自燃与其微晶结构有关,利用X射线衍射分析法,研究了褐煤、气煤、气肥煤和无烟煤4个原煤样和不同低温氧化温度下褐煤和气肥煤的微晶结构变化规律。研究结果表明,煤的微晶结构特征与其低温氧化之间有其内在的本质联系,煤矿物含量和微晶结构的差别,造成了它们低温氧化能力和自燃倾向性的差别;微晶结构随变质程度的加深造成自燃倾向性和低温氧化能力逐渐降低;层间距随氧化温度的增加而逐渐减小,芳香层片的平均直径随氧化温度的增加而逐渐增加,芳香层片的堆砌高度随氧化的加深而逐渐增大。     

不同阻化剂对煤临界温度影响的实验研究

 本文采用水玻璃,CaCl2、凝胶三种阻化剂对湖西褐煤、大佛寺不粘煤、袁庄气肥煤、新丰贫煤四种不同变质程度煤样进行处理后,测试其在程序升温条件下40～180℃范围内CO的浓度,并计算临界温度。结果表明经阻化剂处理后的煤样,临界温度均发生了不同程度的升高,其中经CaCl2处理后的煤样临界温度最高,说明CaCl2阻化剂能更有效地抑制活性官能团较早的参与化学反应,从而延缓煤的氧化。     

应用热分析技术研究煤的氧化自燃过程

采用国产4.1型精密热分析天平和日本产 DSC—8230B 型差热扫描量热计,对我国褐煤、长焰煤、气煤、肥煤、焦煤、贫煤及无烟煤八个煤种的70个煤样进行了 TGA、DTA、DSC 试验:还进行了热分析逸气分析和热分析红外光谱试验。察清了变质程度浅的煤容易自然的主要原因是空气氧化放热量大于变质深煤的氧化放热量。提出了 CO 和 CO/ΔO_2为最好的煤矿自然发火标志气体。首次用热量法测定煤的自燃倾向性。煤的分子结构红外光谱试验加深了对煤的自燃机理的认识。     

变氧浓度及元素对煤自燃的影响

为研究不同氧气浓度对煤自燃指标气体的影响程度,采用绝热氧化实验系统,得到褐煤、烟煤和无烟煤3种不同变质程度煤的指标气体随温度的变化规律。同时,归纳了煤自燃特征温度与微观元素的多元线性回归模型。结果表明:氧气浓度对不同煤样的指标气体有显著影响,随着氧气浓度的增加,煤样氧化程度加深,CO浓度快速增加,且C_2H_4的初现温度降低;相同氧浓度下,褐煤、烟煤、无烟煤的CO/CO_2的拐点温度依次增加。交叉点温度和着火点温度与C、H元素质量分数正相关,与O元素质量分数负相关,且C元素质量分数对交叉点温度和着火点温度的影响权重最小。     

煤自燃高温段指标气体的B型关联度分析

为了更准确的预测预报煤炭自燃发火,应用灰色B型关联分析法对4个煤样的指标气体进行了优选.通过计算较高温度段内(100～200℃)北皂褐煤、柴里气煤、李一气肥煤和藩一肥煤四个煤样的烃类气体产物浓度及浓度比值与温度的灰色B型关联度,确定了各煤样的指标气体.实验结果表明:北皂褐煤和柴里气煤的C2H6/C2H4与温度的关联度最大,选择C2H6/C2H4作为指标气体最优;而对藩一肥煤和李一气肥煤则选取C3H8/C2H6作为指标气体,因为C3H8/C2H6与温度的关联度最大.不同煤样的自燃发火指标气体一般不同,在实际应用中应综合考虑现场情况,选取最能反映煤温变化的气体产物,为准确预测煤炭自燃提供信息.     

不同煤阶煤自燃特性的实验研究

为了研究不同煤阶煤的自燃特性,以HM褐煤、ZX长焰煤、DHS气煤、DL瘦煤、ZLS无烟煤为研究对象,利用程序升温仪和热重分析仪,对5种煤样进行气态产物、热效应和动力学特征进行分析。实验结果表明:低温氧化阶段,CO、CO_2生成量和初始产生温度随着变质程度的降低而显著增强;低温阶段放热强度的顺序依次为HM褐煤ZX长焰煤金塔气煤ZLS无烟煤DL瘦煤,活化能的顺序为HM褐煤ZX长焰煤金塔气煤ZLS无烟煤DL瘦煤,活化能随着煤变质程度的增大而显著增加,这主要是ZLS无烟煤由于含硫铁矿较高(3%),其低温阶段放热强度和活化能高于DL瘦煤。     

煤变质程度对煤自燃特性的影响

为了更好地研究煤变质程度对煤自燃特性的影响,选取常村无烟煤、东欢坨气煤、崔矿褐煤等5种不同变质程度的煤样作为实验对象,利用差示扫描量热仪(DSC),通过实验得到不同变质程度煤样的热流差零值点温度、吸热峰峰值温度,吸、放热速率等数据。研究表明:变质程度越高的煤,其热流差零值点温度越高,吸热峰峰值温度越低;变质程度最高的无烟煤吸、放热速率最慢,变质程度最低的褐煤吸热速率最快。变质程度高的煤更不容易自燃。     

煤的微观孔隙结构对其自燃倾向性的影响

为了考察煤的微观孔隙结构对其自燃倾向性的影响,选取气煤、肥煤和焦煤煤样为研究对象,通过压汞试验测量得到不同煤样的微观孔隙分布数据,结果分析表明:直径小于100 nm的孔隙分形维数在2~3内,煤样微观孔隙具有良好的分形特征,满足分形理论描述多孔介质的微观孔隙分布特性。通过煤自然发火模拟系统,对气煤、肥煤和焦煤煤样进行升温氧化模拟试验,并绘制煤样升温氧化过程中气体产物浓度随温度变化的曲线,试验结果显示了煤微观孔隙结构与其自燃倾向性的关系:煤样的变质程度越高,其内部结构越致密、内生裂隙相对较少,发生氧化反应的温度也越高。     

基于指标气体增长率分析法测定煤自燃特征温度

为测定煤自然发火时的特征温度,采用程序升温试验系统,并在指标气体分析法的基础上,建立指标气体增长率分析法,选取CO和C2H4指标气体、φ(CO)/φ(CO2)和链烷比及其增长率进行分析,得出取自多矿不同变质程度煤样的煤的自燃特征温度:福城矿不黏煤的临界温度为70~80℃,干裂温度为110~120℃;水帘洞矿弱黏煤临界温度为70~80℃,干裂温度为115~125℃;玉华矿长焰煤临界温度为60~70℃,干裂温度为100~110℃;赵楼矿气肥煤临界温度为80~90℃,干裂温度为110~120℃。分析结果表明:基于指标气体增长率分析法得到的不同变质程度煤样的自燃特征温度同指标气体分析法得到的特征温度一致,且变质程度越高的煤样越不易被氧化。     

不同变质程度煤自燃特性实验研究

利用程序升温实验装置对不同变质程度的煤进行氧化升温实验,对实验过程中的临界温度变化,CO、CO_2、CH4浓度变化等的关系进行分析。分析结果表明:煤的临界温度随煤的变质程度增加而升高64.79℃(长焰煤)、69.86℃(不黏煤)、71.23℃(气煤);CO、CO_2、CH43种气体升温过程中的浓度变化随变质程度的增加而减小;煤的氧化自燃倾向性在一定程度上随煤的变质程度的增加而降低。     

煤氧化热解过程中H_2产生规律的实验研究

通过对长焰煤,肥煤以及无烟煤进行氧化升温实验研究,得出3种煤在氧化热解过程中H2产生规律。结果表明:这3种煤H2生成趋势基本相同;煤变质程度越高,H2开始析出时温度就越低;煤自燃倾向性等级越高,H2开始析出时温度越低。     

煤低温氧化过程中自由基浓度与气体产物之间的关系

利用煤低温氧化装置和顺磁共振实验,研究了褐煤、气煤、气肥煤和无烟煤在不同氧化温度下气体及自由基的变化规律,宏观和微观相结合来揭示煤自热低温氧化规律。研究结果表明：煤低温氧化过程中,煤被氧化分子侧链断裂,产生气体与自由基,生成的CO,C 2H 4标志性气体生成量随温度增加而增加,相应地自由基浓度也随氧化温度的增加而增加。煤被氧化生成CO,C 2H 4标志气体量与自由基浓度呈阶段性规律：低温氧化蓄热阶段,CO气体生成量小或未出现CO气体,此时自由基浓度变化小;从开始出现CO至出现C 2H 4气体的氧化自热阶段,CO生成量随氧化温度缓慢增加,而自由基浓度也逐步增加;从出现C 2H 4至出现H 2气体的深度氧化阶段,CO和C 2H 4生成量随氧化温度增加而快速增加,自由基浓度随氧化温度增加而增幅变小。     

低温氮吸附法和高压吸附甲烷法研究煤的吸附能力

选取几组不同变质程度的煤样(无烟煤、贫煤、瘦煤、焦煤、肥煤、褐煤),在液氮温度下,通过测试煤样在气体饱和蒸气压力范围内对N2的吸附过程及吸附量,绘制低温氮吸附下的Langmuir吸附曲线综合图;同时,对煤样进行高压等温吸附甲烷试验。结果表明,这几组不同变质程度煤低温氮吸附的能力依次为:无烟煤>肥煤>瘦煤>褐煤>贫煤>焦煤,高压吸附甲烷的能力为:贫煤>无烟煤>褐煤>肥煤>瘦煤>焦煤。经过比较分析,在高压条件下,二者的吸附量是有差别的。     

不同煤阶煤炭化过程中挥发分组成及微孔变化的研究

用SORPTOMATIC1990吸附仪研究了6种不同煤阶煤（包括无烟煤、贫瘦煤、焦煤、肥煤、弱黏煤、气煤）在3 ℃/min升温速率到1 000 ℃的炭化过程中孔容和孔径随温度的变化规律，并用Bio-rad FTS-165裂解红外测定了各种煤在10 ℃/min升温速率的炭化过程中挥发分的组成及各自的释放温度范围.结果表明:不同变质程度煤在裂解过程中，可挥发性芳香物生成量的大小排序为肥煤>焦煤>瘦煤>气煤，且肥煤芳环上的取代基最多，而弱黏煤和无烟煤生成可挥发性芳香物的量最少.煤阶越低，释放CO2的温度越低，生成的量越多.1 000 ℃生成焦炭的孔容大小排列为：肥煤C1>弱黏煤D1>焦煤B1>无烟煤YQ，比表面积大小排列为C1YQ，B1>D1，平均孔半径大小的排列为：D1B1>YQ>C1.在炭化过程中，C1肥煤的孔容和比表面积变化最剧烈，YQ煤变化最小.C1煤生成焦炭表面积最大为20 m2/g，其它煤成焦表面积3 m2/g.     

气煤自燃特征参数规律研究

为揭示气煤自燃特征参数规律,通过煤自燃标志性气体测定系统,测定气煤自燃标志性气体产生规律,对气煤自燃特征参数进行深度分析,得出了气煤自燃特征参数规律。结果表明:CO/CO_2的比值规律性良好,能反映气煤自燃的趋势;保德气煤的临界温度为42℃,干裂温度为101℃;CO产生率先缓慢增加后急剧增加,温度拐点为100℃;CO_2产生率随煤温升高而增大;CH4产生率随煤温升高先增大后减小,极值点煤温为130℃;煤温100℃前,耗氧速率线性缓慢增加,超过100℃,耗氧速率迅速增加;最大与最小放热强度随煤温升高而增大。基于以上研究,确立了气煤自燃特征参数规律,为科学有效地预防气煤自燃提供了理论依据。     

不同变质程度煤燃烧阶段链烃生成规律

为研究封闭火区内不同煤种生成气体组分及变化规律,选取平庄矿褐煤、王营矿气煤、朱仙庄矿焦煤和马堡矿瘦煤为试验煤样,通过热重确定了煤燃烧阶段的温度范围。采用双管电炉自制程序升温燃烧试验对4种不同变质程度的煤进行燃烧,对生成的链烃初现温度、体积分数及氧浓度变化规律进行了分析。研究结果表明:褐煤、气煤、焦煤和瘦煤燃烧阶段温度分别为247~433,279~542,313~574和333~618℃;煤变质程度越高,则其生成链烃气体的体积分数越小且耗氧量越大。当发生火灾事故且封闭火区后,可以综合考虑煤变质程度与火区监测的链烃生成量等因素,并根据链烃气体与温度的变化规律判定封闭火区火势发展状况,为进一步开展灭火奠定基础。     

江西省煤炭质量总体状况调查

我省煤的品种牌号比较齐全，除褐煤外，无烟煤、贫煤、贫瘦煤、瘦煤、焦煤、1／3焦煤、肥煤、气肥煤、气煤、1／2中粘煤、弱粘煤和不粘煤均有，通过对132对矿井的煤质普查，其中：无烟煤矿井共有49个，占矿井总数的37．12％，主要分布在萍乡青山、分宜杨桥、西茶、乐平涌山、高安、英岗岭、安福、莲花     

褐煤自燃过程中自热特性的试验研究

系统研究了褐煤自燃过程并分析该过程的自热特征;结合气体氧化产物的生成,研究煤质量、粒径、气流速率、水分对褐煤自燃过程中自热特征的影响。煤样自燃过程中经历的交叉点温度(CPT)、燃烧温度(CT1、CT2)等特征温度反映出褐煤自燃过程中的自热特征。研究表明:较小质量的煤样特征温度均偏高;粒径较小的煤样自燃所需时间缩短,CO2生成速率加快;随着气流速率升高,褐煤在CT1点后的温度逐渐升高,CO2生成速率逐渐加快;不同含水量褐煤的自燃时间不同,这可能是水分脱除过程孔结构坍塌所致。     

煤变质程度对高温气化反应性的影响

采用高温固定床,在1 200℃～1 400℃内,对比分析了褐煤、烟煤和无烟煤的气化反应性,详细探究了煤变质程度对高温气化反应性的影响。实验结果表明:3种煤的气化反应性均随气化温度的升高而增加,在1 400℃下煤的反应性差异仍然可见;煤的变质程度对高温气化反应性的影响明显,反应性的大小依次为褐煤、烟煤和无烟煤。     

不同阶煤超临界CO2驱替开采CH4试验研究

由于地质成因与孔裂隙结构的差异,不同阶煤的渗透性与驱替开采CH 4效果不同。为研究超临界CO 2在不同变质程度煤体中驱替开采CH 4的效果,利用尺寸为100 mm×100 mm×200 mm的原煤试件,在恒定的温压(50℃,25 MPa)条件下,以10 MPa超临界CO 2驱替压力对4种不同变质程度的煤(弱黏煤、气煤、1/3焦煤和无烟煤)展开试验研究,结果表明:①不同煤阶煤体的孔隙形态与发育程度有较大差异,弱黏煤孔隙类型以墨水瓶型为主,无烟煤孔隙为狭缝型,而气煤与1/3焦煤则为楔形或平行板孔;对比孔隙比表面积,无烟煤与弱黏煤相对较高,分别为259.6510,154.0669 m 2/g,而气煤与1/3焦煤较低,分别为71.2359,41.4201 m 2/g;②煤渗透率受成矿地质环境和构造活动等导致的煤体结构、变质程度、裂隙发育程度、煤岩组成等多种因素的影响,在相同的有效应力下,4种测试煤样渗透率随变质程度升高而逐渐降低,驱替过程中CO 2注入量也随变质程度升高而降低,在25 MPa围压、10 MPa注入压力条件下,弱黏煤、气煤、1/3焦煤和无烟煤的渗透率分别为4.58×10-18,2.75×10-18,0.91×10-18和0.05×10-18 m 2,驱替实验结束时,CO 2注入量分别为18.13,6.45,5.01和0.78 mol;③4种煤试件的CH 4产出率和CO 2储存量均表现为气煤>1/3焦煤>弱黏煤>无烟煤,孔隙以楔形或平行板孔为主、比表面积较低、渗透率中等的气煤与1/3焦煤驱替置换效果相对较好,反映了超临界CO 2驱替开采CH 4效果是不同变质程度煤孔隙形态、发育程度以及渗透率的综合表现。