煤炭自燃影响因素的灰色斜率关联度分析

为了准确地找出影响煤炭自燃程度最大的因素,以改进了的灰色斜率关联度模型为计算公式,分别计算了自燃高温段和低温段内煤炭的灰分、水分、挥发分以及温度、氧浓度、平均粒径与耗氧速率的斜率关联度,计算结果表明:在低温段,温度和氧浓度对耗氧速率的影响程度都较大;在高温段,挥发分对耗氧速率的影响程度最大,且温度对耗氧速率的影响程度大于氧浓度和平均粒径。     

煤自然发火气体指标及其有机官能团响应特征研究

为了探究煤自然发火气体产物与有机官能团的内在关联,通过程序升温实验和原位红外光谱实验,分析了低温氧化阶段煤自燃气体产物释放规律,阐述了煤自燃过程的微观结构变化特征,预测了高温阶段气体产物变化。结果表明,煤自燃的临界温度及干裂温度分别为50℃和90℃,释放的碳氧气体及烃类气体随温度升高呈现抛物式增长。临界温度后,各类官能团呈现不同的变化规律,其中,含氧官能团、羟基和脂肪烃变化最明显。通过灰色关联度方法,计算出不同官能团和气体产物的关联度,发现羰基(C=O)是影响碳氧气体和烃类气体最主要的官能团。最后结合官能团在高温阶段的含量变化,推测出煤样在高温阶段释放的气体浓度呈现先增多后减少的趋势。     

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。     

褐煤自燃倾向测定及其低温氧化反应过程研究

褐煤的自燃是一个缓慢的低温氧化过程,搭建煤自燃倾向测定实验台,采用篮热法测定不同煤种的自燃倾向,求得不同煤自燃的动力学参数,并采用热重和傅里叶红外光谱(FTIR)揭示其低温氧化反应机理,分析褐煤自燃倾向的影响因素。实验发现,水分含量的高低会影响自燃发生的时间,但不影响煤种最终的自燃倾向。褐煤的自燃倾向性是与煤的低温氧化反应性直接联系的:褐煤在低温氧化反应过程中,主要发生烷基侧链断裂,然后氧化反应放热,造成热量的积累。煤中烷基侧链基团含量越高,芳香烃含量越低,其氧化反应性越强,更易发生自燃;煤样比表面积决定了对氧的吸附能力,吸附能力越强,其低温氧化反应性越高,越容易发生自燃。     

挥发分对煤自燃特性影响的实验研究

为了研究挥发分对煤本身自燃能力的影响作用,在氮气环境中对同一处采集的煤样分别在300,600,900℃高温下进行了灼烧处理,获得了挥发分不同的5份煤样;利用自制的油浴式煤低温氧化实验系统对所得煤样进行了升温氧化实验,测得了不同温度下煤样罐出口中的O2,CO,CO2等气体的体积分数;推导了煤的耗氧速率与放热强度计算公式,结合实验数据,得到了不同煤样的耗氧速率及放热强度变化情况,以此来判断减少挥发分后煤的自燃能力强弱。结果表明,相同条件下,挥发分越低,煤的耗氧速率、放热强度越小,越不易自燃。     

变氧浓度环境下煤自然发火气体预报指标优选

针对清水营矿煤自燃特征,设计了煤自燃高温程序升温实验炉,采用该实验炉将清水营煤矿煤样分别在在3%、5%、9%、13%、17%、21%的氧浓度条件下进行程序升温实验并对比分析。研究了不同氧浓度条件下气体生成规律,分析了变氧条件下对煤自燃进程的影响,掌握了不同氧浓度条件下煤氧化气体产生特性,在此基础上对清水营矿煤在不同氧浓度环境下指标气体进行优选。     

特厚复合煤层采空区煤自燃危险因素分析

为了掌握特厚煤层采空区自燃的危险因素,利用现场实测统计与实验相结合的方法,对中煤塔山矿首采面30501遗煤的粒度分布及水分含量进行了统计分析并开展了低温氧化实验,结果表明,首采面30501的现场遗煤粒度具有一定的分布规律,遗煤含水量较大;在低温氧化阶段,在相同温度下随着遗煤粒度的降低,煤的耗氧速度增加量、CO气体发生量均增加;随着遗煤外在水分含量的增加,采空区遗煤的吸氧量逐渐降低,有利于煤自燃的防治工作。通过实验结果分析,明确了特厚复合煤层中采空区遗煤自燃危险因素的影响效应,对于现场煤自燃的防治工作具有一定的指导意义。     

煤的组成与结构对自燃倾向性的影响研究

通过交叉点温度法计算出煤自燃倾向性的综合判定指数,分别采用元素组成分析、工业分析、显微组分分析和等温吸附实验4项煤的基础实验,得到煤的组成和结构上的固有指标参数。利用灰色关联分析计算出了各指标与煤自燃倾向性间的关联程度,并依据关联度大小进行等级划分,分别阐述了煤组成和结构上各指标对自燃倾向性的影响。研究成果为煤自燃预测体系的构建及自燃倾向性机理研究提供量化依据。     

煤体结构对自燃倾向性影响研究

为分析煤体结构对煤自燃倾向性的影响及各因素对自燃倾向性的"贡献程度",选取5种不同变质程度的代表性煤样,分别运用程序升温-气相色谱联机装置进行氧化动力学试验测定煤的自燃倾向性综合判定指数;运用扫描电子显微镜、比表面积及孔径分析仪分别进行SEM试验、低温氮气吸附试验对煤的宏观结构进行检测;利用傅里叶红外光谱技术及OMNIC分峰软件进行煤的微观分子主要官能团分析;利用灰色关联分析方法找出各因素与自燃倾向性的关联程度并进行等级划分,并利用SPSS软件及多元统计学原理建立煤自燃倾向性多元回归分析模型并对模型进行检验、各系数分析及正态图分析。结果显示:随着变质程度的增加,主要官能团含量变化明显,大孔及裂隙减少,煤体结构变得紧致,分子稳定性加强,煤自燃倾向性减弱且微孔占比与煤自燃倾向性关联度最大。通过灰色关联分析及煤自燃倾向性的多元回归分析,建立了可靠的煤自燃倾向性的多元回归分析模型,找出了影响自燃倾向性的关键因素,揭示了自燃倾向性与煤部分试验数据的线性关系。     

CO_2对低温煤物理吸附氧过程的实验研究

通过分析煤对CO2和N2的等温吸附实验结果,发现煤吸附CO2能力强于吸附N2,而煤吸附N2强于吸附O2,因此CO2的存在必定会对煤低温吸附O2过程有重要影响.考虑CO2对煤吸附氧的影响,研究了CO2对煤低温物理吸附氧过程作用实质的实验方案,试图探索延缓煤自燃的办法.     

煤特征参数与氧元素关系的实验研究

为进一步揭示煤自燃内部因素对煤自然发火的影响,基于热重实验分析,得出了6种煤样在10℃/min升温速率下的特征参数值(活化能、吸氧量、特征温度点、自然发火期)与氧元素的关系。实验结果表明:随着煤氧元素的增大,煤自然发火期越短,而煤吸氧量则呈现先增大后减小的趋势,煤的活化能、燃烧特征温度点则越小。该实验结果指出煤的吸氧量与氧元素含量并非成正比,而是存在一个最佳浓度值,且氧元素并不是影响煤特征温度点大小的唯一因素,还可能与其他因素相关,为此有必要进一步研究煤内部因素对煤自燃的影响。     

多场耦合下煤堆自燃过程及影响因素分析

为研究煤堆自燃特征及发火规律,建立了风力和浮力驱动下煤堆的多场（速度场、温度场和氧气浓度场）耦合自然发火模型,并运用COMSOLMultiphysics软件对煤自燃的过程及其影响因素进行了数值模拟分析。研究结果表明：在风速3．6m／h条件下,煤堆自燃最高温度点位于进风侧的煤堆中下部,最终于第65d在此位置开始自燃;随着风速的增大,煤堆自然发火点往风流的下方向迁移,自然发火周期缩短;煤堆孔隙率、高度和角度的减小能延长煤堆的自然发火周期。     

基于氧化热解综合指标的煤自燃倾向性研究

 根据煤自燃倾向性的本质特征,对国内外主要煤自燃倾向性鉴定方法进行了评价,指出不足之处,通过煤氧化热解动力学实验,给出了用100～200℃的吸氧速率指标进行煤自燃倾向性高低评判方法。运用一级化学反应动力学机制,求出活化能,并比较了活化能和吸氧量与实际发火期的相关性分析。最后提出基于吸氧速率和活化能的煤自燃倾向性鉴定综合指标。     

易自燃煤层静态吸氧量影响因素实验研究

为了控制易自燃煤层自然发火问题，采用ZRJ-1型煤自燃倾向性测定仪，分别就粒度、温度以及孔隙发育3种因素对静态吸氧量影响规律展开研究。结果表明：煤层静态吸氧量随粒度增大先增加，粒度为35～60目达到最大吸氧量，随后减小|随温度升高静态吸氧量先增加后减小，100℃时最大|大孔和中孔是煤孔隙体积主要构成，孔隙比表面积占比约10%，在升温氧化过程中对吸氧量影响较小，而过渡孔和微孔孔隙比表面积占比分别为75%和15%，对吸氧量影响大。     

流态色谱吸氧法测定煤自燃倾向不合理性分析

通过理论与实验结果的分析,指出流态色谱吸氧法测定煤炭自燃倾向性高低未能反映煤的氧化过程与氧化反应的实质,流态色谱吸氧法的指标体系不科学性;同时指出煤的自燃倾向性是反映煤在低温氧化条件下煤的吸氧与氧化放热的化学性质,煤的自燃倾向性主要由煤在某反应温度条件下具有反应活化能值的分子数及反应分子活化速率决定的;煤炭自燃倾向性高低的指标应采用氧化过程的放热量（或吸氧量）的积累指标或趋势指标.     

Experimental simulation and numerical analysis of coal spontaneous combustion process at low temperature

The characteristic of coal spontaneous, combustion includes oxidative property and exothermic capacity. It can really simulate the process of coal spontaneous combustion to use the large-scale experimental unit loading coal ! 000 kg. According to the field change of gas concentration and coal temperature determined through experiment of coal self-ignite at low temperature stage, and on the basis of hydromechanics and heat-transfer theory, some parameters can be calculated at different low temperature stage, such as, oxygen consumption rate, heat liberation intensity. It offers a theoretic criterion for quantitatively analyzing characteristic of coal self-ignite and forecasting coal spontaneous combustion. According to coal exothermic capability and its thermal storage surroundings, thermal equilibrium is applied to deduce the computational method of limit parameter of coal self-ignite. It offers a quantitative theoretic criterion for coal self-ignite forecasting and preventing. According to the measurement and test of spontaneous combustion of Haibei coal, some token parameter of Haibei coal,spontaneous combustion is quantitatively analyzed, such as, spontaneous combustion period of coal, critical temperature, oxygen consumption rate, heat liberation intensity, and limit parameter of coal self-ignite.     

基于交叉点法的煤自燃低温氧化阶段特性和关键参数

煤炭开采过程中,由煤自燃引起的矿井火灾是煤矿主要灾害之一。交叉点温度法(CPT)是测试煤自燃倾向性指标及温升特性参数的一种实验方法。基于交叉点温度法,通过程序升温测试系统对0.45~0.60 mm粒径的烟煤在氧体积分数分别为20.65%,17.80%,13.62%,10.49%,5.00%和3.00%的贫氧环境中分别进行了升温测试。通过煤体温升速率、炉温与煤温温差特性以及耗氧规律进行分析,结合程序升温过程煤样产热速率特性曲线,将煤自燃低温氧化过程划分为4个阶段:阶段Ⅰ-无反应阶段,阶段II-吸热阶段,阶段Ⅲ-快速放热阶段,阶段Ⅳ-稳定放热阶段。同时通过对煤自燃升温过程能量守恒公式进行归一化处理,加热炉体与煤体温差在阶段Ⅰ和阶段Ⅳ分别为由ατ和(B-1)ατ决定,而在阶段Ⅲ出现交叉点温度必须满足B1这一条件,经对比实验数据契合理论推导结论。     

松散煤体中氧气输运过程的理论分析

根据煤氧作用低温自燃理论,分析了氧气在松散煤体中的运动形式,探讨了各种运动形式的控制方程,对氧气在松散煤体中的输运规律进行了研究。结果表明,氧气在松散煤体中主要通过流动空气的携带和自身的扩散来输运。在忽略Soret效应、假定煤体为各向同性的均匀多孔介质等简化条件下,推导出氧气在煤矿井下松散煤体中输运过程的数学模型。对进一步完善煤炭自燃理论、提高矿井自燃灾害防治能力具有重要作用。     

放顶煤采空区瓦斯源强度与自燃的关联性

研究了采空区瓦斯涌出与遗留煤自燃之间的内在耦合关联问题。通过运用G3软件对采空区非线性渗流-多组分气体-温度场和非均匀耗氧的数值模型的求解,量化给出采空区不同瓦斯涌出强度下各变量分布状态。计算结果表明：采空区瓦斯源涌出与工作面风压形成压力平衡,决定着工作面与采空区之间的风流交换和瓦斯涌出,影响变化近似呈一一对应的线性关系。瓦斯涌出强度越大,采空区氧浓度分布空间大大缩小,采空区自燃氧化带宽度与瓦斯涌出近似呈衰减变化。从自燃升温过程模拟得到,高强度瓦斯涌出能够抑制采空区自燃升温,延长了采空区自然发火期。模拟结果符合现场实际情况。研究指出高瓦斯易自燃矿井采空区瓦斯治理应与自燃防治相结合综合考虑。     

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。