基于孔树模型的煤低温氧化耗氧速率数学模型

为了考察煤的孔隙分布对煤低温氧化耗氧速率影响机理,利用孔树模型,建立了煤低温氧化耗氧速率的数学模型,得出煤氧化控制由扩散控制转化为动力控制的临界孔径rc（T）,rc（T）随着温度升高呈线性增加趋势,表明温度升高,煤氧化逐渐由反应动力控制.该数学模型可确定不同孔分布煤的主要耗氧控制模式,反映耗氧速率与煤孔分布特征、温度的理论变化关系;当煤的有效孔隙率、孔径分布和微孔比已知时,还可用该数学模型对煤的耗氧速率进行预测.     

基于孔树模型的煤低温氧化耗氧速率数学模型

为了考察煤的孔隙分布对煤低温氧化耗氧速率影响机理,利用孔树模型,建立了煤低温氧化耗氧速率的数学模型,得出煤氧化控制由扩散控制转化为动力控制的临界孔径rc(T),rc(T)随着温度升高呈线性增加趋势,表明温度升高,煤氧化逐渐由反应动力控制.该数学模型可确定不同孔分布煤的主要耗氧控制模式,反映耗氧速率与煤孔分布特征、温度的理论变化关系;当煤的有效孔隙率、孔径分布和微孔比已知时,还可用该数学模型对煤的耗氧速率进行预测.     

不同氧气浓度煤样耗氧特性实验研究

在不同氧气浓度下煤的耗氧速度不同,从而使煤的自燃性产生差异。通过在不同氧气浓度条件下对煤样进行程序升温氧化实验,测定分析煤样在不同温度时的耗氧速度,研究氧气浓度对煤氧化自燃性的影响关系,提出了低氧气浓度条件下,煤样在不同温度时的耗氧可分为扩散耗氧和化学动力耗氧两个阶段。并根据实验数据分析,得出煤的耗氧速度与氧气浓度的1．149次方成正比。图4,表2,参7。     

采空区浮煤粒度与自燃性关系的测试

通过实验测定煤样不同粒度下的耗氧速度，分析粒度与浮煤自燃性的关系。得知随着煤样粒度数量减小，在４５℃以下其耗氧速度呈数量级增加，在６０℃以上变化相对较小；混合粒度的煤样随温度升高，耗氧速度增加较快。     

东荣三矿煤样粒度与氧化性关系的程序升温实验研究

由于煤的粒度不同,暴露在空气中的表面活性结构数量不同,其耗氧速率也不相同。对东荣三矿30层煤样进行程序升温实验,测定不同粒度煤样在不同温度时的耗氧速度,从而对该煤的粒度与氧化性关系进行了分析,推导出粒度与耗氧速度之间的影响函数关系。实验表明:单一粒度煤样的耗氧速度随粒度降低而增加,但混合煤样的耗氧速度比任何一种粒度煤样都大;在煤样耗氧的物理吸附阶段,粒度与耗氧速度的关系不太明显,但在化学反应阶段,煤样的粒度对耗氧速度具有显著影响,煤粒径越小,氧化自燃性越强。     

煤低温氧化耗氧速率影响因素及灰色关联性分析

煤低温氧化是一个复杂的动态过程,为准确研究煤低温氧化过程中的影响因素,通过设计对比实验,研究了温度、粒径和氧浓度对耗氧速率的影响;并通过灰色关联度分析法对实验数据进行定量分析,分别计算了温度、粒径和氧浓度三者与耗氧速率的关联度,结果表明:粒径与耗氧速率的关联度系数最大,氧浓度次之,且两者较为接近,温度与耗氧速率的关联度数值最小。     

多参数遗煤耗氧速度耦合模型研究

为了研究林南仓矿采空区自然发火遗煤耗氧速率的影响因素,采用了控制变量法研究出煤的变质程度、遗煤环境对耗氧速度的影响,同时采用Matlab软件对这两个因素同时进行回归分析,建立遗煤的耗氧速度耦合模型。并根据《煤自燃倾向性色谱吸氧鉴定法》的实验计算出的耗氧速率与模型中的条件及结果几乎一样,结果表明,氧气浓度与耗氧速率是正相关关系,温度与耗氧速率是指数关系,温度和浓度耦合是显著线性回归的。     

限定封闭环境煤粒径对煤氧化反应速度的影响

为了进一步研究煤粒径大小对煤低温氧化进程的影响,利用鼓风恒温箱装置和GC-950型气相色谱仪进行了封闭环境内煤恒温氧化实验,测得了煤样反应罐内氧气浓度随时间的变化量,同时计算、比较了几种粒径的煤样在不同时间、不同温度下的耗氧速率。研究表明,环境中氧气浓度直接影响着不同粒径煤样的耗氧量。而且,当氧气充足时,煤样的耗氧速率随着粒径的减小而增大,当氧气浓度不足以维持煤氧充分反应时,不同粒径煤样耗氧速率均呈下降趋势,低氧浓度下不同粒径的煤样耗氧速率和恒温氧化时间之间满足负指数关系,此时煤样耗氧速率变化率数值|V/t|随着粒径的减小,呈现出先降低后升高的趋势,当煤样粒径为1.00~2.00 mm,|V/t|达到最小,耗氧速率下降最慢。     

烟煤持续耗氧过程中自由基变化规律研究

为了研究煤持续耗氧过程中自由基变化规律,选取4种不同变质程度的烟煤,采用电子顺磁共振仪,研究了在变温条件下不同烟煤从富氧到贫氧的持续耗氧过程中自由基的变化规律。实验结果表明:常温下随着煤变质程度的增加,煤中自由基的种类和浓度减少,自由基的对称性增大;随着煤粒径的减小,煤中自由基浓度增大,种类不变,对称性呈波动变化;粒径分布对煤中自由基、浓度、种类和对称性具有较大影响;当温度不断升高,氧气供给不断减小的情况下,煤中自由基浓度则有增有减,而自由基种类和对称性都呈下降趋势,不同煤种随温度变化的持续耗氧规律有所不同。     

煤粒分散度对遗煤自燃影响的试验研究

为研究采空区遗煤粒度分布规律对煤氧化升温的影响,将采空区遗煤筛分成5组,分别计算各组筛分的煤样占整体遗煤的概率;然后分别对5组煤样和复合粒径煤样进行升温氧化试验。试验结果表明:采空区遗煤粒度分布密度,随粒径的增大呈现先增加后减少的变化特点;不同粒度的煤样耗氧速率随温度升高呈指数变化;在相同温度下,煤样复合粒度耗氧速率与不同粒径煤样的质量加权平均耗氧速率基本一致。     

基于耗氧量的煤低温氧化反应机制的试验

煤的常温氧化对采空区煤自热过程以及自燃"三带"的划分具有重要意义。利用实时监测反应装置,模拟采空区遗煤在常温下的氧化过程。根据氧气浓度以及耗氧速率的变化,对采空区煤的氧化机制进行分析研究;同时考察了混合粒径对氧化过程的影响。试验表明混合粒径煤样的耗氧速率并不是各单一粒径耗氧速率的线性叠加,且煤的氧化过程随着氧化时间的增加表现出明显的阶段性。根据不同阶段的反应机制,可采用不同的防灭火方法进行控制。     

空气流量对遗煤自燃特性影响研究

通过将潞安集团潞宁矿的原煤按质量等分成5组,利用自主研发的煤程序升温实验装置分别对5组煤样进行程序升温实验,利用气相色谱仪对程序升温过程中生成的气体进行分析并计算,研究了升温过程中空气流量对煤的实际耗氧速率、标准耗氧速率和标准放热强度的影响。研究结果表明:不同空气流量下标准耗氧速率曲线和标准放热强度曲线都呈指数增长;标准耗氧速率曲线和标准放热强度曲线的变化不受空气流量大小的影响。     

脱氧型阻化剂对煤自燃的抑制效果

为对脱氧型阻化剂抑制煤自燃效果进行研究,在耗氧试验的基础上,进行抑制煤自燃试验,以CO生成量为指标对其进行优选。研究表明,无机盐阻化剂在添加耗氧剂等成分配制成脱氧型阻化剂后,不仅具有较好的耗氧效果,还具有比无机盐阻化剂更好的抑制煤自燃效果,且耗氧效果越好,抑制煤自燃的效果也越好;试验优选出的抑制煤自燃效果最好的配比为1.5 g还原性Fe粉、0.6 g硅藻土以及0.15 g MgCl_2,阻化效率比无机盐阻化剂提高了43.8%以上;在一定范围内,温度越高,脱氧型阻化剂的阻化效果越好;脱氧型阻化剂对粒径越小的煤样阻化效果越差,但当煤样粒径减小到80目时,再减小煤样的粒径,其抑制煤自燃效果已无明显差别。     

基于封闭耗氧实验的窒熄带氧临界体积分数研究

为更准确划分采空区自燃带与窒熄带,提出根据不同煤质的耗氧特点,用封闭耗氧实验确定采空区窒熄带临界氧气体积分数的新方法。在采空区煤自燃氧化升温热平衡条件下,分析煤自燃的耗氧速度、氧气体积分数和氧化放热的一致性特征,利用研制的煤样封闭耗氧实验装置,采集煤氧化实验过程中氧气体积分数呈衰减变化的连续检测数据,由数据变化曲线求氧气体积分数变化差商,获得煤在不同氧气体积分数下的耗氧速度,建立耗氧速度与氧气体积分数的量化关系,即γ-c(τ)图,由此确定窒熄临界氧气体积分数。分别对不同煤样做实验测定,得出长平矿3号煤层(无烟煤)窒熄带临界氧气体积分数为14.2%,九道岭矿4号煤层(烟煤)的窒熄带临界氧气体积分数为6.8%,晓南矿7号煤层烟煤的窒熄带临界氧气体积分数为8.2%。新方法按不同的煤种和煤质,依据各自不同的耗氧特性,来确定自燃带与窒熄带的划界标准,且与工程实际相符合。     

七星矿煤样不同粒度在不同温度下的耗氧特性研究

通过对七星煤矿煤样的程序升温实验,可测定不同温度时不同粒度煤样的氧气消耗量,研究发现不同粒度煤样的耗氧速度随温度的变化关系比较好的符合指数函数关系,拟合不同煤样的实验数据得出了煤样的耗氧速度与温度的函数关系,揭示出了煤样耗氧速度与温度的内在关系,为研究煤的氧化特性,煤的自燃特性提供了参考,为煤矿预防煤层的自燃发火灾害提供了帮助。     

重复升温对煤低温氧化特性影响的试验研究

为了研究重复升温对煤自燃规律的影响,利用自主设计的油浴式升温氧化装置,对同一煤样连续进行了2次重复升温试验,测得了不同温度下煤样罐出口处多种指标气体的浓度,并对各次升温后的煤样进行了工业分析。在此基础上,计算得到了煤的耗氧速率,以此来判断重复升温对煤氧化能力的影响。研究表明:随着温度的上升,耗氧速率和指标气体浓度均逐渐增大;随着重复升温次数的增加,在相同温度下,耗氧速率和指标气体浓度呈递减趋势,表明重复低温氧化降低了煤的氧化能力。     

神东北部矿区水浸煤自燃标志性气体产生规律

采用煤自燃氧化程序升温实验,对水浸煤自燃标志气体产生规律进行了研究,对比分析了不同含水率水浸煤与原煤CO产生率、CO_2产生率、CH_4产生率、C_2H_4浓度、C_2H_6浓度、耗氧速率随温度的变化规律,发现在低温氧化阶段,水浸煤中水分的存在降低了原煤开始快速氧化的温度点,对煤自燃具有促进作用,水浸煤CO和CO_2气体产生率、耗氧速率高于原煤;在快速氧化阶段,水浸煤中水分的蒸发对煤自燃具有阻碍作用,水浸煤CO和CO_2气体产生率、耗氧速率低于原煤;在加速氧化阶段和高速氧化阶段,水浸煤中的水分与煤分子官能团结合生成含水络合物,提高了CO和CO_2气体产生率,以及耗氧速率,同时阻止烷烃和烯烃类气体的产生,降低了C_2H_4和C_2H_6气体浓度;在煤自燃氧化过程中,水浸煤中水分的存在,降低原煤中CH_4气体吸附量,水浸煤CH_4产生率低于原煤。结果表明,含水率对煤自燃氧化过程中的标志性气体产生规律具有明显的影响,经水浸泡的神东北部矿区12煤比其原煤更容易氧化自燃。     

煤的氧化特性实验研究

测定煤样在不同氧浓度下的耗氧速度,是煤炭自燃研究和理论分析计算的关键问题。为了获得工作面煤样在不同氧浓度下的耗氧速度,采用封闭耗氧实验新方法。该方法根据实验罐内煤氧化过程中氧浓度变化特有的规律,间接获得所需参数,可获得更大信息量。通过对煤样氧化特性的实验研究,了解了煤样在常温情况、不同氧浓度下的耗氧速度以及与CO的生成比率,为判定煤样的自燃级别和进行采空区自燃数值模拟提供了重要参数。     

煤自燃过程中自氧化加速温度研究

基于静态耗氧实验、热分析实验及红外光谱实验结果,结合煤低温氧化阶段的宏观耗氧放热规律及微观活性基团含量变化,对煤的化学动力自氧化加速温度进行了探讨。基于静态耗氧实验结果所得的活化能变化规律显示,随温度升高,煤氧复合的活化能逐渐减小,较高温度时出现负活化能,标志着煤氧复合反应进入自发反应阶段;利用补偿效应推导了等动力学温度点T iso的计算公式,得到实验煤样的T iso为127 ℃。在T iso附近,煤中还原性强的基团急剧减少而含氧基团快速增加;另用热重-差示扫描量热TG-DSC实验结果计算得到在T iso附近活化能达到最低。微观结构变化和宏观放热特征证实了计算所得T iso与煤自氧化加速点的相关性,认为可将等动力学温度点T iso视为煤从低温缓慢氧化进入自活化反应阶段的临界点,即自氧化加速温度点。     

预氧化对煤复燃极限参数影响的实验研究

为研究预氧化对煤复燃过程极限参数的影响,采用程序升温装置模拟了煤初次氧化与二次氧化过程,对比分析2次氧化过程中煤自燃耗氧速率、气体生产率、放热强度及极限参数。结果表明:氧化煤和原煤的耗氧速率、气体产生率和放热强度均随煤温的升高呈近指数规律增长,但氧化煤在70℃前稍高于原煤,70℃之后低于原煤;氧化煤与原煤发生自燃的上限漏风强度先降低后升高,下限氧浓度与最小浮煤厚度先升高后降低;从升温过程中煤体自燃的极限参数极值角度,氧化煤发生自燃的"门槛"降低,更易自燃。