CO2防控氧化煤复燃效率的试验研究

为掌握不同体积分数CO₂对氧化煤复燃过程的抑制效果,采用自主研制的煤自燃氧化程序升温试验装置,对平煤八矿煤样分别通入体积分数为10 %、20 %、30 % 和40 % 的CO₂进行试验研究,测定了煤初次和二次氧化升温过程中的耗氧速率、CO产生率以及表观活化能的变化规律。结果表明:与煤在纯空气条件下的氧化自燃相比,不同体积分数的CO₂对煤氧化升温过程均具有抑制作用。同时,通入的CO₂体积分数越大,煤初次和二次氧化升温过程的耗氧速率和CO产生率越低,表观活化能越高,即CO₂的体积分数越大,对氧化煤复燃过程的抑制效果越好。     

二氧化碳对煤自燃特性的影响规律

为了解决矿井煤火灾害对煤炭资源、生产设备、通风系统和大气环境造成的严重破坏,深入研究二氧化碳对煤样自燃特性影响规律,采集大柳塔矿煤样,利用热分析仪研究不同二氧化碳体积分数条件下煤样特征温度、放热量、表观活化能的变化情况。实验结果表明:随着氧气体积分数的增加,煤样特征温度对于二氧化碳体积分数的敏感性降低;二氧化碳体积分数越高,煤表面所能够形成的保护膜分布越广,厚度越高,对煤的氧化放热所带来的影响也不同;煤样的表观活化能随二氧化碳体积分数比例的升高而增加,且煤的表观活化能与二氧化碳体积分数的敏感性不同;煤样中二氧化碳的注入有效地抑制了煤自燃现象的发生。     

基于活化能指标研究不同变质程度烟煤的自燃倾向性

为了研究以活化能指标判定不同煤的自燃倾向性,选取了4种不同变质程度烟煤煤样,通过煤自燃性升温实验,并结合公式计算得出不同温度时刻煤样氧化的耗氧速率;运用化学反应动力学原理计算出煤样的表观活化能。研究结果表明:以表观活化能表征煤自燃倾向性,在其他条件相同的情况下,若不同变质程度煤样的指前因子变化不大,则变质程度越高,煤表观活化能越大,煤越不易自燃;若不同变质程度煤样的指前因子变化较大,则需要综合考虑指前因子和表观活化能来判断煤自燃倾向性。煤的指前因子越大且表观活化能越小,表征煤越易自燃;反之,煤的指前因子越小且表观活化能越大,表征煤越不易自燃。     

粒径对煤低温氧化阶段表观活化能影响试验研究

为探究不同粒径对煤自燃表观活化能的影响，对青龙煤矿三个煤层的不同粒径煤样进行程序升温试验，分析其耗氧速率、CO和C2H4产生规律，得到不同煤样的临界温度点和干裂温度点，并据此将煤低温氧化过程分为3个阶段。通过建立的基于耗氧速率的阿伦尼乌斯公式对试验数据进行处理，得出各煤样不同阶段的表观活化能和指前因子。结果表明：处于相同变化阶段的煤样表观活化能随粒径的增大而增大|对相同粒径煤样而言，若S1阶段的指前因子变化较小，其表观活化能随反应的进行而增大，若S1阶段的指前因子变化较大，则其S1阶段表观活化能大于S2阶段。5～7mm粒径作为临界粒径，其S1、S2阶段表观活化能相较大于其他粒径。混合粒径煤样各阶段的表观活化能较小。对比各组煤样的表观活化能可知，在相同的情况下，18#煤层发生自燃的难度相对较大，16#煤层次之，17#煤层难度相对较小。     

高地温环境对煤自燃危险性影响试验研究

为了掌握高地温环境对煤自燃的影响规律,基于程序升温试验,测试分析了恒温40℃处理后升温煤样和常温条件下升温煤样的自燃特性参数,并利用CO浓度随温度变化求解煤体表观活化能的计算模型,对比分析了2组煤样在不同温度阶段的表观活化能变化规律。试验结果表明:高温处理后升温的煤样耗氧速率、CO产生率、CO2产生率和极限放热强度均高于常温条件下升温的煤样,且随着温度的升高该趋势越发明显,同时,其表观活化能均低于常温条件下升温煤样,尤其在低温阶段差异较大,表观活化能更低,说明高温环境导致煤体氧化放热性增强,氧化反应所需能量更低,同等条件下氧化反应速度更快,更容易氧化升温发生自燃,自燃危险性增大。     

氮气对复采工作面遗煤复燃的防治效能

为探究不同体积分数N₂对复采工作面遗煤复燃过程的防治效果，采用自主研发的程序升温试验装置，对煤样分别通入体积分数为10%、20%、30%和40%的N₂，以氧化反应过程中耗氧速率V_O2、一氧化碳产生率V_CO和表观活化能E的变化情况来反映煤自燃的发展程度。试验表明:不同体积分数的N₂对煤氧化升温过程均具有抑制作用，相比于煤在纯空气条件下的氧化自燃，通入的N₂体积分数越大，煤初次自燃和二次氧化升温过程的V_O2和V_CO更低、E更高，说明通入的氮气体积分数越大，对煤氧化升温过程的抑制效率越好。其中，在煤初次自燃阶段，当N2体积分数C_N2≥20%时抑制效果更佳；在煤二次氧化复燃阶段，当N₂体积分数C_N2≥40%时抑制效果更佳。     

复采煤层氧化煤的自燃特性研究

针对复采煤层的煤的自然发火现状,分析荆各庄矿的4种不同复采时间的氧化煤自燃特性的差异。采用程序升温-气相色谱联用实验,对比不同复采时间煤样的自燃氧化过程中的特征气体含量变化和自燃倾向性变化。结果表明:4种煤样产生的CO体积分数在170℃前后呈现不同的变化规律;复采时间越长的氧化煤,煤样产生CH_4、C_2H_4、C_2H_6气体的时间越晚;通过对不同煤样交叉点温度和FCC复合指标的综合分析,得出短时间复采的煤样其自燃氧化能力强于长时间复采的煤;在同一种煤的低温段和高温段,自燃倾向性也随着表观活化能在不断变化。     

CO_2对煤升温氧化燃烧特性的影响

为了掌握CO2气体防治煤自燃的特性,采用TG-DSC联用分析系统测定煤样在不同CO2体积分数、不同升温速率时反应引起的质量、能量变化,研究CO2对煤升温氧化燃烧过程的影响。通过分析煤升温氧化燃烧过程的TG-DSC曲线,确定了煤氧化燃烧过程的特征温度变化规律,实验表明:煤样变质程度越高,TG曲线越向温度高的方向移动;特征温度T1,T2,T3在不同CO2/空气混合条件下失重曲线差异较小,在失重温度T4时,CO2体积分数越大,其TG,DTG曲线差异越大,着火温度、质量变化速率最大温度点及燃烬温度点延后。CO2体积分数影响了煤样放热强度,CO2体积分数越低,DSC曲线越陡,放热强度越高;CO2体积分数越高,曲线平缓,放热量小,燃烧点放热峰向高温区移动,反应得到了抑制。通过动力学分析计算得出:煤样在空气氛围下的活化能和频率因子均大于在通入CO2气体后,随着CO2体积分数的升高,表观活化能和指前因子减小速度加快,但反应速率常数也减小,表明CO2抑制了煤的氧化燃烧。     

Starink法在煤氧化自燃过程中的应用

为研究煤氧化自燃的反应机理,对4种不同煤样进行热重实验取得TG-DSC曲线,运用Starink法求解出煤样在达到着火点之前的表观活化能,对煤的氧化自燃过程进行研究。研究结果表明:煤的氧化自燃过程大致分为失水、氧化和燃烧3个阶段,煤的氧化阶段对煤的自燃起到关键性的作用,并且煤在氧化阶段的表观活化能随温度的升高而逐渐升高。煤样的吸氧量的大小与氧化阶段的最大表观活化能成反比,越容易发生自燃的煤样,吸氧量越大,氧化阶段的最大表观活化能越小。因此可以采用煤氧化阶段的最大表观活化能作为一项指标鉴定煤自燃倾向性。     

高温下煤吸附氮气后氧化特性变化的实验研究

矿井自燃火区注氮气灭火时发现,煤体的温度仍会在高温中维持一段时间,高温下煤样对氮气的吸附影响着煤氧化自燃特性。以锡盟褐煤为研究对象,将煤样分别在200℃下吸附氮气6、12、18 h,通过分析实验煤样的气相产物及氧气消耗,煤氧化表观活化能以及煤孔隙结构参数的变化,研究吸附氮气后煤样的氧化特性。实验表明,煤样经过高温吸附氮气的处理后,气相产物的释放量均高于原煤;高温吸附氮气降低了煤氧化活化能,吸附氮气时间越长,活化能值越低;处理后煤的孔平均直径、孔隙率与渗透率均高于原煤,增加了煤氧反应速率,加快煤氧反应进程。     

潞宁矿区2~#煤层自燃指标气体优选的试验研究

以潞宁矿2#煤层煤样为研究对象,通过程序升温试验,研究不同气体在煤氧化过程中的变化规律,具体分析了CO、C2H4、CO/CO2体积分数随温度变化特性。试验结果表明:潞宁矿区2#煤层煤产生CO的临界温度为30℃,从80℃开始CO体积分数呈持续稳定上升趋势,C2H4出现的温度为160℃左右,CO/CO2体积分数比从80℃时生成速率迅速增加。因监测中难以准确分析气体在采空区的真实体积分数,所以同一组气样体积分数比对于预测煤自燃具有重要意义。因此,潞宁矿区2#煤层检测煤炭自燃的标志气体应以CO为主,CO/CO2为辅。当煤温达30℃时,应加强CO体积分数监测;当CO体积分数达1.8×10-5,CO/CO2体积分数比为1时,应发出煤炭自燃预警并采取有效的防灭火措施。     

供风量对褐煤自燃特性参数影响的实验研究

为研究煤自燃时期生成气体对诱发瓦斯爆炸的影响,选取瑞安煤业4^#煤层褐煤为实验煤样,通过管式炉程序升温和色谱分析仪研究供风量为40、120、200 mL/min时对煤自燃时期生成气体的影响,得到不同温度条件下管式炉出口O2、CO、CO2气体摩尔浓度,并计算了褐煤低温氧化阶段耗氧速率、气体生成速率和放热强度与煤样温度之间的关系。结果表明:随着温度升高,煤样的耗氧速率、CO生成速率、CO2生成速率、放热强度与温度之间均呈指数关系变化;煤样的耗氧速率与放热强度呈线性递增关系,相同耗氧速率下,当供风量为120 mL/min时放热强度最大,当供风量为200 mL/min时放热强度最小。     

煤自然发火预报的研究及软件的开发

以提高各标志气体对煤自然发火预报的灵敏性和可操作性为出发点，以煤升温氧化气体产物的测定实验为基础，对青山矿硬子槽各煤样产生气体量随温度的变化进行了研究.根据矿井的实际情况，引入初始化数值K，即各升温点对应的CO+CO₂系列数值与CO₂初值之比，确定了青山矿区大槽煤煤自燃标志气体的预报曲线和相应的拟合曲线.并采用Visual Basic语言编制相应的软件系统，该系统与束管监测系统和色谱仪组成一个全自动的煤自燃预报系统，可对矿井的煤温实行连续监控，从而提高了煤自然发火预测预报的准确性和可操作性.     

采空区自然发火的能量迁移理论

根据能量守恒原理提出采空区自然发火的能量迁移理论,建立采空区能量平衡方程,推导出采空区最高温度预判方程以及工作面最小安全推进速度计算方程。结合某煤矿31005工作面现场情况,分析推进速度、工作面风量以及注氮等因素对采空区最高温度和工作面最小安全推进速度的影响。结果表明,加快推进速度、减小工作面风量以及增大注氮量都能有效降低采空区自然发火危险,但随着推进速度的增大,注氮所起的防火作用减弱;减小风量或增大注氮量都会使最小安全推进速度减小,从而有利于采空区防火。     

基于量热分析煤低温氧化中活化能研究

 摘 要：通过量热分析DSC法的手段,研究了煤低温氧化的活化能。通过筛选粒径为32～60目、60～90目、90～200目煤粉进行分析,并在不同升温速率条件下且在氮、氧比例为4:1的环境中进行。试验取得了各自煤样不同条件下的活化能变化趋势,并通过计算得出了各自的活化能值,为划分煤自燃倾向性提供一个科学有效的指标。     

不同气体环境长焰煤氧化进程基团演化特性北大核心

漏风强度不仅加大煤自燃的危险性,而且是采空区遗煤自燃引发煤火灾害的致因。为探究火区启封时漏风强度对遗煤自燃特性的影响,利用煤自燃特性测定装置对煤样进行程序升温实验,然后运用傅里叶变换红外光谱法(FTIR)进行分析,得到不同气体环境下各特征温度点官能团相对含量变化。结果表明:含氧基团中,伴随温度阶段的提升,-COOH含量整体上升,-C-O-含量波动虽不明显,但整体含量较高;-OH官能团中,在各温度阶段都有存在且谱峰强度明显;脂肪烃中,-CH_(3)和-CH_(2)的谱峰面积均较大,无论干空气或氮气氛围各温度点都有参与反应,且活性较高;通过结构参数值分析,T_(120)是关键的活性点温度;干空气或氮气氛围下自然降温处理的煤样,在T_(120)相比原煤各官能团反应更加剧烈,官能团变化更大;整体上氮气氛围官能团变化增长和下降的趋势相比干空气氛围变化较小,煤复燃的危险性也降低。     

不同φ(CO2)/φ(O2)比例对煤自燃特性的影响

为了研究CO₂对煤自燃特性的影响,利用热重与质谱联用技术测试了阳泉五矿煤在不同φ(CO₂)/φ(O₂)比例下的氧化燃烧过程,分析了热重曲线,特征温度点,放热量与气体逸出规律。研究结果表明:随着φ(CO₂)/φ(O₂)比例增大,热重曲线向高温偏移,特征温度点升高,燃烧剧烈程度降低,气体逸出温度升高;温度小于360℃前,放热量相差较小;温度继续升高后,在相同温度下,放热量随氧浓度降低而降低;由于CO₂与H2反应产生CH₄,所以CO₂含量越高,CH₄逸出强度更高;同时,煤在低氧浓度下更易不完全燃烧,所以会产生更多CO;相较于空气氛围,CO₂浓度高于88%时才具有抑制作用。     

双巷直注液态二氧化碳防灭火技术

羊场湾煤矿容易自燃煤层大采高综放工作面,因设备老化、工作面推进速度缓慢,工作面采空区出现自然发火征兆。在分析二氧化碳特性及双巷注二氧化碳原理的基础上,构建两巷直注液态二氧化碳系统。冷却、惰化采空区,并提高采空区“两道”压能,减少采空区漏风及有毒有害气体溢出,消除自然发火隐患,保证了工作面安全生产。