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。     

煤中氯的释放特性与煤变质程度的关系

研究了煤中氯在热解过程中的释放特性与煤变质程度的关系,研究结果表明,煤中氯的含量主要受地质条件和煤的形成过程的水文等条件(如水中氯化物的浓度)的影响,而其热解时的释放特性则与煤的变质程度有密切的关系。采用热力学方法研究发现,煤中氯释放的能垒(或近似认为是活化能)与煤的挥发分含量有定量关系。     

煤自燃动力学参数及氧化反应阶段实验研究

煤自燃现象会造成火灾,给煤矿的安全生产带来了极大威胁。为进一步认识煤自燃进程中不同氧化阶段的特性,开展了三种不同氧气浓度（11%、16%、21%）环境下的煤样程序升温实验,分析了交叉点温度、CO浓度、耗氧速率、放热强度以及表观活化能等重要表征煤自燃的参数变化规律,确定了氧化过程中的三种关键特征温度点,并依此划分了四个煤自燃进程中的氧化阶段,计算各氧化阶段的表观活化能,与前人的历史数据进行了对比验证。研究结果表明：在充足氧气浓度环境下,实验计算的交叉点温度为143.5℃,而且与经验公式的理论计算值误差仅为6.41%;CO浓度、耗氧速率、放热强度均随氧气浓度的增加而增加,且耗氧速率与放热强度符合线性表达式;煤样的临界温度、干裂温度、活性温度三个特征温度点分别为80.4℃、125.9℃,191.8℃;本文研究结果和历史数据均展示了表观活化能随自燃反应的进程呈现先增大后减小的趋势,其中阶段Ⅲ加速氧化反应阶段的表观活化能值最大,达到了52.06 kJ/mol。通过研究以期为煤自燃特性及防治提供一些基础参考。     

低变质程度煤的热导率与元素组成

利用 QTM—D2型快速热导率测定仪,对不同煤种的140多个煤样进行了热导率值的测定,根据大量的测定数据对煤的热导率与煤的含碳量、挥发分、水分、灰分之间的关系进行了分析。并对低变质程度的煤的热导率进行了数据处理,推导得出了用煤的工业分析和元素分析值来计算煤的热导率的经验公式,并指出了应用范围。     

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。     

升温速率对不同变质程度煤自燃影响实验研究

为研究升温速率对不同变质程度煤自燃特性的影响规律,采用红外光谱仪和同步热分析仪,选取4种不同变质程度煤样作为研究对象,分析了煤的官能团结构、质量变化、热量变化并进行了氧化动力学计算。结果表明:随着变质程度增加,原煤中羟基含量增加;焦煤和弱粘煤具有明显的芳环-CH 3,弱粘煤中的芳环C=C与Ar-CO含量最多,焦煤的醚键含量较高;脂肪烃含量与变质程度关系不明显。升温速率增加,各煤阶的TG-DSC-DTG曲线均向高温偏移;升温速率对燃烧阶段的煤质量变化影响更大。褐煤相对于焦煤,热流率极值更高,瞬时放热更剧烈。升温速率越大,总放热量越小。通过外推得到了原始状态下煤的活化能,在氧化阶段,E HM相似文献   

不同变质程度煤镜质组活性质量研究

为更准确地定量描述不同变质程度煤镜质组的相对活性质量差异,考察14种单煤添加不同比例惰性物测定的表观黏结指数G′值随镜质组含量的变化规律。研究表明,G′值对镜质组含量的线性关系显著,采用拟合出的线性方程的斜率倒数1/k作为考察镜质组活性质量的指标,可排除各单煤镜质组含量差异的干扰,更准确地揭示了不同变质程度煤镜质组活性质量的变化规律。论证了筛选出的高斯曲线模型是描述不同变质程度煤镜质组活性变化规律的最优模型,据此给出了不同变质程度煤镜质组相对活性质量。     

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。     

风化水浸煤微观特性及氧化性能实验研究

为揭示煤体水浸后在自然风干条件下的微观孔隙结构及氧化动力学参数的变化规律,本文选取永陇矿区麟游区1^#堪察区崔木矿侏罗纪延安组3^#煤层水浸煤样作为研究对象,实验测定了煤样水浸风化前后煤样的微观孔隙结构变化,以及煤样在高温氧化阶段及低温氧化阶段标志性气体析出浓度变化,并诠释了水浸煤自然风化过程及遗煤氧化影响因子。研究结果表明：大孔占煤样总孔隙的百分比由原始煤样中的36.71%增加至水浸60 d后煤样中的46.78%,孔径介于10～1 000 nm的中孔占煤样总孔隙的百分比变化趋势不明显,微孔占煤样总孔隙的百分比由原始煤样中的31.20%降低至23.18%,其总孔隙面积并未呈现出明显增加,但煤样的平均孔径、渗透率、孔隙率发生了明显变化;外在水分对遗煤内部羰基、羧基等含氧官能团含量的提高起到促进作用,而遗煤内部进一步增强了煤的自燃倾向性,含氧官能团的增加也进一步使得遗煤在自然发火进程中生成的CO气体产物多于原始煤样;原始煤样初次及二次氧化升温、降温过程中低温氧化阶段与高温氧化阶段的表观活化能平均值为44.06,长期水浸风干煤样初次及二次氧化升温、降温...     

煤的绝热氧化阶段特征及自燃临界点预测模型

为建立煤的绝热氧化阶段特征和自燃临界点的预测模型,基于绝热氧化实验、元素分析实验以及工业分析实验,首先得到了8个煤样的绝热氧化实验数据,据此计算出煤的绝热氧化阶段升温速率;然后运用热动力参数计算方法,定义并获取了各煤样的自燃临界点Tr0.05 和TΔmax ;最后应用Levenberg-Marquardt法计算拟合得出了煤元素含量、挥发分与绝热氧化阶段升温速率、Tr0.05 的关系。结果表明：N,S元素含量与Tr0.05 呈正相关,O,C,H元素含量与Tr0.05 呈负相关,而各元素与阶段升温速率关系恰好相反;上述规律也表明Tr0.05 越低,阶段升温速率越快,则煤越易自燃;煤的挥发分越大,煤的Tr0.05 越低,煤越易自燃。     

煤矸石绝热氧化的失重阶段及特征温度点分析

为研究煤矸石绝热氧化过程的具体失重阶段和失重特征温度点,采用综合热分析仪研究了不同工况下氧气浓度和升温速率对煤矸石绝热氧化进程的影响。实验结果表明:煤矸石在不同工况下的绝热氧化失重过程可划分为4个阶段,即外在水分失水失重阶段、内在水分失水失重阶段、挥发分燃烧失重阶段和固定碳燃烧失重阶段。在同一氧气浓度（20%）下,随着升温速率的提高,煤矸石绝热氧化的TG曲线向高温区偏移,4个阶段的特征温度点（起点、中点、拐点和终点）随升温速率的增大而线性增大,挥发分和固定碳燃烧失重阶段的最大燃烧速率呈增大趋势,但各个阶段的质量变化基本相同。在同一升温速率（10.0 ℃/min）情况下,随着氧气浓度的提高,煤矸石绝热氧化的TG曲线向低温区偏移,外在水分和内在水分失水失重阶段的特征温度点（起点、中点、拐点和终点）和失重质量基本不受氧气浓度增大的影响,挥发分和固定碳燃烧失重阶段的特征温度点（起点、中点、拐点和终点）随氧气浓度的增大而降低。     

硅化作用对煤低温氧化特性参数的影响规律

为研究硅化作用对煤低温氧化特性参数的影响,采用电镜扫描技术,分别对硅化煤与非硅化煤进行扫描电镜试验,观察其孔隙结构的差异;并利用煤自燃程序升温试验系统进行试验测试,得到不同温度下2种煤样低温氧化特征与标志气体变化规律,在此基础上分析其在低温氧化进程中不同温度下的耗氧速率。结果表明:硅化作用使煤体孔隙变大,比表面积增加,一方面有利于气体在煤体中赋存,另一方面煤体与氧气的复合反应更充分,硅化煤更容易氧化自燃;硅化煤氧化过程中生成的标志气体体积分数始终高于非硅化煤,且在温度升高至110℃以后,2种煤样气体产物体积分数差异逐渐变大,可能是因为硅化作用使煤体及其分子结构产生物理化学变化,导致硅化煤更容易氧化裂解;硅化煤的耗氧速率和CO生成速率始终高于非硅化煤,说明硅化作用增强了煤的低温氧化特性。     

基于动力学的煤低温氧化机理研究

利用恒温反应实验装置,研究了煤低温氧化行为。根据CO2和CO气体解析过程特性,提出了煤低温氧化的两条途径,分别通过计算其反应活化能验证了这两条机理的存在性。研究了这两条机理在煤低温氧化过程中的不同的温度阶段所发挥的作用。结果表明:生成CO2的活化能很低,煤低温氧化很容易进行;CO的生成对温度有较高的敏感性。在温度低于70℃时,吸附途径在低温氧化过程中起主导作用,煤低温氧化主要生成CO2;当温度高于70℃时,燃烧途径起主导作用,煤低温氧化会产生大量CO。     

水浸煤二次氧化自燃危险性实验研究

为研究水浸煤二次氧化升温和降温全过程的自燃危险性,采用程序升温实验方法对原煤、水浸煤初次及二次氧化升温和降温的自燃特性参数进行对比研究,并利用表观活化能计算模型,在直角坐标系中通过线性拟合的方法计算不同温度阶段的表观活化能。实验结果表明：在升温过程干裂温度之后和降温全过程中,煤样的耗氧速率、自燃特征气体的产生率和极限放热强度均符合水浸煤高于对应原煤、二次氧化高于对应初次氧化的规律;表观活化能方面,水浸煤低于对应原煤、二次氧化低于对应初次氧化。因此水浸煤的自燃危险性更大。     

煤自燃高温贫氧氧化燃烧特性参数的实验研究

针对现有煤自燃特性参数测试装置的特点和不足,根据煤田火区高温、贫氧的燃烧特点,设计建造了XKGW-1型煤田火区燃烧特性参数测试实验装置。利用该实验装置模拟了煤田火区的燃烧过程,得到了煤样从常温到600 ℃高温过程中的宏观特性参数规律。实验结果表明,煤样可以在高温、贫氧浓度条件下,继续发生反应,放出大量的热量,维持火区的发展扩大。在火区发展演化的过程中,煤样的升温速率会因水分蒸发等原因出现减小的现象,但总体呈增大趋势;煤样的耗氧速度在50 ℃之前特别缓慢,之后迅速增大,氧浓度急剧减小,当煤温升高到约130 ℃左右,氧气浓度降低到3%以下,并持续缓慢降低;CO和CH4的产生量的变化规律相似,都随煤温的升高而升高,并且在110 ℃之前产生速率较慢,之后逐渐增大;CO2,C2H4,C2H6的产生量的变化规律相似,均随煤温的升高先增大后减小,但峰值点所对应的煤温有所不同。     

伊犁干沟矿区不同粒径煤氧化动力学特性研究

采用热重、原位红外光谱对伊犁干沟矿区不同粒径煤样进行分析。利用热重得到不同粒径特征温度点,并对不同阶段活化能进行计算。采用傅里叶原位红外光谱法对不同粒径煤样的官能团变化特征进行分析,对不同阶段的红外光谱进行分峰拟合,计算不同粒径各煤样官能团峰面积变化。研究结果表明80～96μm粒径的煤样在室温-T2、T2-T6、T6-T8段活化能最小,其反应更激烈;随着煤样粒径的减小,各官能团的吸光度都变大,煤分子中羟基相对稳定,脂肪族各基团中亚甲基有较高的反应活性,含氧官能团中酚羟基C-O伸缩振动占比最大,芳香烃的苯环二取代逐渐消失。     

炭化粉自燃氧化规律研究

为了对煤质活性炭生产过程中的副产物炭化粉的氧化特性进行研究,采集生产所用的原煤和炭化粉,采用扫描电镜实验、氮吸附实验、热重实验、傅里叶变换红外光谱实验及非线性热动力学方法,对样品的孔径结构、特征温度、活性官能团及表观活化能的变化进行分析计算。结果表明：经过炭化工序处理,炭化粉的孔径结构和比表面积较之原煤更为发达;在同一升温速率下,炭化粉着火点温度和氧化速率最大点温度均低于原煤;炭化粉中脂肪烃、部分含氧官能团及芳香烃含量较之原煤减少,羟基含量增大;炭化粉的表观活化能小于原煤。综合分析表明,炭化工序可导致炭化粉的氧化自燃性增高,研究结果可为炭化粉自燃的防治与综合利用提供理论依据。     

煤自燃氧化升温过程特性参数及标志气体研究

为了预防任楼煤矿52煤层自然发火,做好煤自燃发展程度的前期预测,准确预报工作,采用煤自燃程序升温试验,测试分析了52煤层煤样的耗氧速率、CO、CO2和CH4产生率等特性参数变化规律,以及CO、CH4、C2 H6、C2 H4等气体随煤温变化规律,确定了煤自燃标志气体.结果表明:52煤层煤样耗氧速率、CO、CO2和CH4产...