煤与瓦斯突出微观机理研究

构建了煤表面与CH₄的吸附模型,采用量子化学密度泛函（DFT）理论计算方法,在B3LYP/6-311G计算水平上,对构建的煤与CH₄分子吸附伴生体系结构进行优化,得到了吸附平衡态的几何构型,计算了吸附能和振动频率,从而得出煤与瓦斯突出微观机理：在矿井生产中,由地震、开采等引起采掘工作面围岩应力变化导致煤岩体破裂,煤岩体破裂产生频率范围宽广的电磁波.由量子化学密度泛函理论（DFT）计算得到煤与瓦斯的吸附为物理吸附,吸附能为1.16 kJ/mol.煤与CH₄吸附形成的伴生分子体系以量子化形式吸收宽频电磁波,导致该体系由基态变为激发态,使得瓦斯由吸附态脱附变为游离态,形成大量的游离态瓦斯,在弱面发生煤与瓦斯突出.     

-OCH_3氧化反应机理的研究

以甲氧基侧链为研究对象,模拟其低温氧化时与氧气的反应过程。利用密度泛函(DFT)的方法,分别计算了模拟甲氧基侧链与氧气反应三重态和单重态氧的反应过程。从优化的各步反应的生成物、过渡态和产物的几何构型,得出了各步化学反应的热力学参数,从而模拟出链有甲氧基侧链的煤分子在常温下氧化反应的活性及热效应,为煤氧复合微观反应机理的研究提供理论依据。     

煤尘云对瓦斯爆炸6种中间产物相对辐射强度的影响

煤矿井下瓦斯煤尘共存爆炸是典型的气固两相化学反应。为了突出了解含煤尘瓦斯爆炸过程中反应中间产物的发展规律，采用瞬态火焰传播实验系统从微观火焰光谱探测角度进行含煤尘瓦斯爆炸现象研究，揭示煤尘云加入后对瓦斯爆炸中间产物光谱特性的影响。体积分数为7%、8%、9%、10%、11%瓦斯分别与130 g/m³煤尘质量浓度的长焰煤、焦煤、无烟煤煤尘云形成混合体系，分析混合体系爆炸过程中关键中间产物的相对辐射强度。实验结果表明，130 g/m³煤尘质量浓度的长焰煤/焦煤/无烟煤煤尘云与不同体积分数瓦斯形成的混合体系爆炸，与瓦斯中间产物辐射强度峰值相比，中间产物辐射强度增强，下部光纤峰值增强幅值比上部光纤的峰值增幅幅度大，6种反应中间产物相对辐射强度峰值由大到小排序为C₂·>O·>CH₂O>CH·>O₂>CHO·。煤种变质程度对中间产物相对辐射强度峰值影响幅度从大到小排序为：长焰煤>焦煤>无烟煤煤尘云。煤尘云参与瓦斯爆炸，增强了瓦斯爆炸体系6种中间产物的...     

定容燃烧反应器中瓦斯爆炸反应动力学计算模型

为解释和验证定容定质量绝热反应体系中瓦斯爆炸反应动力学机理的计算模型，将定容定质量绝热反应体系定义为一个理想反应体系，反应体系中的所有反应都在定容燃烧反应器中进行，将瓦斯气体定义为仅含甲烷的单组分气体，运用数值分析和数学物理方程的推导方法，以及物理化学研究方法，对定容燃烧反应器中瓦斯爆炸反应动力学机理的计算模型进行了推导、细化和求证，研究结果中方程组的解（温度参数和组分摩尔分数参数）准确的描述了定容定质量绝热反应体系中瓦斯爆炸反应动力学的变化过程和变化情况，从而解释和验证了定容定质量绝热反应体系中瓦斯爆炸反应动力学机理的计算模型。     

基于灰色关联分析的瓦斯突出危险性风险评价

为了提高煤矿瓦斯突出危险性风险评价的准确度和可靠性，采用灰色关联分析方法，研究了瓦斯突出危险性风险评价的理论、过程与计算步骤．采用煤矿瓦斯涌出量、风量、瓦斯含量等参数来分析巷道瓦斯危险性风险程度并进行了定量分析，最后得出瓦斯突出危险性风险关联度．根据关联度大小找出各因素指标与标准数据序列各因素指标之间的差距，预测巷道瓦斯突出危险程度，应用结果表明，该预报方法可靠程度较高，为现场预测提供了科学依据．     

受限空间内CO影响瓦斯爆炸的数值模拟

为探求受限空间中CO对瓦斯爆炸的影响,建立了受限空间中瓦斯爆炸反应的计算模型,其化学反应采用了详细反应机理(包括53种组分、325个反应)。结果表明:向瓦斯空气混合气体中充入CO,CO作为瓦斯爆炸的中间产物参与CH4的氧化链式反应,一方面瓦斯爆炸的时间延迟,另一方面爆炸后混合气体中CO2体积升高,CO、NO、NO2体积下降。随着瓦斯混合气体中CO体积分数的升高,瓦斯爆炸产生的温度和压力先升高后降低。     

综采工作面瓦斯涌出分源计算方法研究与实践应用

为了精确得到综采工作面各瓦斯涌出源的瓦斯涌出量,利用现场实测与数学计算模型相结合的研究方法,以沙曲煤矿14205综采工作面为研究对象,采用分段测定法对瓦斯浓度与风速进行实测,以实测数据为基础参数,利用综采工作面瓦斯涌出分源计算模型对检修班期间综采工作面煤壁及采落煤瓦斯涌出和采空区瓦斯涌出规律进行研究,通过计算得到煤壁及采落煤瓦斯涌出量占综采工作面瓦斯涌出总量的61.2%,采空区瓦斯涌出量占综采工作面瓦斯涌出总量的38.8%。     

激波诱导瓦斯爆炸反应动力学计算模型

为解释和验证激波诱导瓦斯爆炸化学反应动力学机理的物理模型和数学模型,将激波诱导瓦斯爆炸反应体系定义为一个理想反应体系,将瓦斯气体定义为仅含甲烷的单组分理想气体,反应体系中的所有化学反应都在激波管中进行。利用CHEMKIN4.1软件中的Normal Incident Shock反应器,运用数值分析和数学物理方程的推导方法,对激波诱导瓦斯爆炸反应动力学机理的数学模型进行了推导、细化和求证。研究结果表明:计算模型中的控制方程组解释了激波管内各反应组分的流动特性沿轴向距离或随时间变化的函数关系,控制方程组的解描述了激波诱导瓦斯爆炸反应动力学的变化过程和变化情况,从而解释和验证了激波诱导瓦斯爆炸反应动力学机理的计算模型。     

晓园井田-200m水平瓦斯涌出量预测

文章通过三种方法对晓园井-200m 水平的瓦斯涌出量进行了预测.一种是用苏联科学院矿业研究所计算方法,此法认为矿井相对瓦斯涌出量由采区、掘进区和老空区三部份瓦斯组成,其瓦斯涌出量的大小与围岩性质、邻近层的数量、厚度、间距、顶板管理方式、掘进速度、掘进巷道长度和个数等有关;二是用苏联斯托夫肯曲线通过图表进行计算而得,其瓦斯涌出量的大小主要与邻近煤层距开采层的距离、煤厚和排出系数有关;三是运用瓦斯含量与瓦斯涌出量关系进行计算,根据该田井东翼抽放区的瓦斯含量与瓦斯抽放量之比值 K 预测瓦斯涌出量。用这三个预测值分别计算出各煤层瓦斯涌出量.在三者之中取最大值为该煤层瓦斯相对涌出量预测值.此值可作为该井深部通风设计依据。     

矿井瓦斯等级和风量计算(PC-1500袖珍计算机的应用)

<正>在矿井设计时,一般都设有矿井瓦斯涌出资料,为了确定矿井瓦斯等级和工作面需风量,以满足矿井通风和瓦斯设计的需要,本文根据煤层瓦斯含量,瓦斯压力和煤质分析资料和煤层埋藏情况的关系计算不同开采顺序和不同煤层开采时本层及邻近层瓦斯涌出量和矿井瓦斯涌出量,并依此计算各煤层瓦斯等级、矿井瓦斯等级、各回采工作面需风量和矿井需风量.由于计算工作量较大,我们用Basic语言编制了计算程序,可在PC-1500袖珍计算机上进行计算.     

煤自燃中的各种基元反应及相互关系:煤氧化动力学理论及应用

针对煤结构及其反应的复杂性,在综合分析煤中活性基团种类、结构形式及其在反应中转化特性的基础上,构建了煤自燃中的活性结构单元,采用前线轨道理论和量子化学计算分析了活性位点上的电子转移及其完整反应路径、活化能及放热量,建立了煤自燃过程中的13个基元反应及其反应顺序和继发性关系,揭示了以氧气引发的持续将煤中原生结构转化为碳自由基并释放气体产物的低活化能链式循环的煤氧化动力学过程,提出了煤氧化动力学理论,阐明了煤自燃产热产物的反应机理,该理论在煤自燃倾向性鉴定和煤自燃高效化学阻化技术研究中得到了成功应用。     

微波辐照再生载硫活性炭的机理及其动力学

在微波再生试验台上进行化学吸附SO2后活性炭的再生实验,通过再生产物的分析揭示再生机理并进行动力学分析。结果表明：微波场中活性炭升温速率快,而且终温较为稳定;载硫活性炭微波再生出口气体成分有SO2,CO2,CO等气体,再生反应的本质是H2SO4与C的反应;再生气体中SO2峰值出现之前,主要发生再生反应,峰值之后,再生气体中部分CO2和CO来源于吸附过程中形成的活性炭表面含氧官能团的分解。再生反应的主区域内反应级数为1.55级,与微波功率无关;随着微波功率的增加,反应速率常数逐渐增加。由Arrhenius方程得出再生反应的表观活化能Ea为46.0 kJ/mol,指前因子为7.357 s -1。     

压力对太西无烟煤制活性炭的炭化和活化过程的影响

研究了反应压力对太西无烟煤制备活性炭的炭化和活化过程的影响.反应压力能够改变炭化产物和活化产物的吸附性能和孔径分布.加压炭化影响了热解产物的传质过程，提高了发生二次反应的机会，而加压活化能够影响活化反应的吸附平衡和反应速率.随着反应压力的提高，活性炭产品的堆比重降低，碘和亚甲蓝吸附值提高，比表面积和孔容提高，形成更多的微孔结构.     

低碳限制下综合成本最小的露天矿卡车运输优化研究

露天卡车运输是露天矿山企业生产管理中的重要环节，合理控制卡车运输的能源消耗和碳排放量是低碳经济背景下保护资源环境的重要举措。在低碳限制下针对露天矿卡车运输问题，以油耗成本、碳排放成本和卡车启用成本最小为优化目标，综合考虑各装载点与各卸载点之间的多条运输路径和生产任务，建立了低碳限制下综合成本最小的卡车运输优化模型，然后利用IAS算法对模型进行求解，对卡车运输行驶的能源消耗进行了优化，并将3种不同目标函数做了对比，最后利用实例进行验证。结果表明：该优化研究能够有效减少运输成本、能源消耗和碳排放量，同时也能减少卡车使用数目，降低了矿山企业的经营成本，为建设资源节约型和环境友好型矿山提供了保障。     

NO在焦炭表面的吸附特性

为明确NO在焦炭表面异相还原的反应机理,选用合理简化的纯碳和含氮焦炭模型,使用密度泛函理论对NO在不同焦炭模型上的吸附特性进行研究。在B3LYP/6-31G(d)水平上优化焦炭模型及NO吸附产物,得到NO在不同模型上的吸附反应热。计算结果表明,NO在纯碳表面的吸附为放热过程;NO以N原子与焦炭氮结合的方式吸附在含氮焦炭表面为放热反应,以O原子与焦炭氮结合的方式吸附在锯齿型和扶手型含氮焦炭“空穴位”上为放热反应,吸附在扶手型含氮焦炭“外肩位”上为弱吸热反应。NO最倾向于吸附在锯齿型结构纯碳表面;当吸附在含氮焦炭上时,倾向于N-N结合方式的吸附。     

含锌电炉粉尘配碳选择性还原的实验研究

为实现含锌电炉粉尘选择性还原、有效分离铁和锌资源,采用热力学计算和实验研究相结合,分析电炉粉尘中主要物相的还原分解行为,研究配碳量、反应温度和反应时间对还原产物的影响。结果表明,含锌电炉粉尘配碳选择性还原为铁氧化物和ZnO是可行的;在582~940 ℃之间,可实现铁酸锌的有效分解、ZnO过还原的抑制;随着反应温度增加和反应时间延长,铁氧化物遵循逐级还原规律,配碳量对产物并未产生明显影响;当温度为950 ℃时,ZnO被还原为锌蒸气而挥发,导致产物中锌含量明显降低。在配碳量1/10、反应温度850 ℃、反应时间1 h的优化条件下,ZnFe₂O₄分解率约为70%。     

高硅含铁镍渣还原制备珠铁研究

为了有效回收镍渣中的铁,以石墨为还原剂,配加适量氧化钙压制成球团,采用直接还原工艺制备珠铁。探讨了还原时间、温度及碱度对球团还原、渣铁分离、金属化率的影响。结果表明,镍渣配碳球团在温度1 400 ℃、碱度0.8、还原时间12 min条件下,球团还原产物中渣铁分离良好,铁金属化率达93.89%,还原反应活化能为199.64 kJ/mol,反应速率由碳的气化反应控制,还原分离后的珠铁有望替代部分废钢用作电炉炼钢原料。     

O2氧化含氮焦炭释放CO和NO的量子化学研究

选用简化的含氮焦炭模型,在分子水平上对O₂氧化含氮焦炭释放出CO和NO的异相反应机理进行研究。采用B3LYP/6-31G(d)密度泛函理论方法优化了反应路径上的反应物、产物、中间体和过渡态的几何构型,得到各结构的相对能量,进而得到整个反应的势能面。研究表明,O₂氧化含氮焦炭的第1步为在焦炭表面的吸附,吸附反应释放出414.5 kJ/mol的热量。CO和NO从O₂吸附产物中释放所需克服的最大能垒分别为397.4 kJ/mol和197.0 kJ/mol。CO从O₂吸附产物释放后生成的产物可经吸热反应释放出NO、经放热反应转化为五元含氮杂环或六元含氮杂环。NO从O₂吸附产物释放后生成的产物可经吸热反应进一步释放出CO、转化为五元环酮结构或六元环吡喃结构。     

CVD法气相白炭黑湿法有机化改性研究

以特变电工新疆新能源股份有限公司化学气相沉积(CVD)法生产的白炭黑为原料,采用湿法改性工艺,六甲基二硅氮烷(HMDZ)为改性剂,水为改性助剂,甲苯为溶剂,对其进行有机化改性研究。由单因素及正交实验得到气相法白炭黑表面改性的最佳工艺条件为:改性温度110℃,改性时间1.5 h,改性剂用量15%,搅拌速率900 r/min。对改性产品进行技术指标测试,结果表明:产品达到疏水性白炭黑标准要求。通过采用接触角、IR、TG手段对改性效果进行表征,结果表明改性后白炭黑表面呈现良好的疏水性。