空气流量下易燃煤层采空区遗煤氧化升温特性研究

为研究空气流量对采空区遗煤自燃的影响,基于九宫格原理设计了易燃煤层采空区的漏风通道,借助自行搭建的实验平台进行了煤自燃氧化升温实验,分析煤样耗氧速率和放热强度随煤温变化的规律。结果表明:考虑煤样空隙率时,耗氧速率有3次较为明显的峰值,第一次峰值出现在48℃左右,第二次峰值出现在75℃左右,第三次峰值出现在105℃左右;不考虑煤样空隙率时,大空气流量下,耗氧速率的3次峰值均高于第一种方法计算出的耗氧速率,在小空气流量下,耗氧速率的峰值差别不大;80℃之后,实验煤样生成的热量开始占据主导地位,放热强度与温度呈指数变化。可根据实验结果调节矿井的漏风量,来防治井下采空区的遗煤自燃。     

煤层开采过程中CO气体来源实验测试与分析

煤层开采过程中易出现CO气体超限现象影响安全生产,亟需开展CO气体的来源和产生规律研究.对3种不同变质程度煤样(无烟煤、贫煤、焦煤)在氮气和空气氛围下开展破碎实验,测试CO气体和煤样温度;通过煤样恒温加热实验,研究在不同温度和气氛下CO,CH_4气体体积分数变化规律.结果表明:煤样在氮气氛围下破碎过程中产生CO气体体积分数小于3.0×10~(-5),主要来源于煤机械破碎激活脱羰;CO气体体积分数在空气氛围中低于6.0×10~(-3),主要来源于煤表面自由基氧化和煤氧复合反应;破碎过程中煤样温度逐渐升高,升温速率为0.6～1.0℃/s.不同恒温(40,60,80,100,120℃)下3种煤样在氮气氛围中无CO气体产生,CH_4气体体积分数随温度升高而增大,说明煤样中不含吸附性CO气体,且未发生氧化反应;吸附的CH_4气体随温度升高而解吸;在空气氛围下煤样温度与CO呈现指数增加关系,CO气体来源于煤氧复合反应.     

环保型煤自燃阻化剂的阻化特性及机理研究

为了研究环保型煤自燃阻化剂(EFI)对煤炭自燃的阻化特性和机理,采用热重/差热扫描-傅里叶红外光谱(TG/DSC-FTIR)联用技术测试在EFI作用下,煤自燃过程中质量、特征温度、热效应、气体产生量和活化能等参数的变化规律.结果表明:在煤体表面形成液膜从而隔绝氧气、蒸发吸热以及销毁煤氧化过程中的羟基(—OH)和羧基(—COOH)等活性基团是EFI抑制煤自燃的主要机理.添加EFI后的煤样,由于产生更加复杂的结构,加热过程中CO2,H2O和CO的释放与DSC曲线放热峰均出现双峰或三峰,且将原煤的起始放热温度提高20～30℃,脱水脱附吸热量增加4倍.EFI的添加能够促进煤样CO2和H2O的产生而抑制CO的产生,20%添加量的EFI将能够将单位质量煤样的放热量降低4 004J,而且将煤样燃烧的活化能提高60kJ/mol.     

咪唑类离子液体抑制煤自燃特性的研究

为了考察咪唑类离子液体对煤自燃特性的影响,开展热重-差热同步热分析试验测试.结果表明:离子液体对煤自燃的失重过程有明显的减弱作用,且不同离子液体的作用效果不同.效果最好的为[BMIM][BF4],抑制百分比约7.9%.同种阴离子([BF4]-)下,[BMIM]+的抑制效果比[EMIM]+强;同种阳离子([BMIM]+)下,[BF4]-的抑制效果比[NO3]-和[I]-强.差热结果显示:[BMIM][BF4]处理煤样峰值温度提高28℃,放热量明显变低.通过采用热动力学分析方法,计算出煤样自燃过程中的表观活化能(Ea)和指前因子(A),得出煤样增重阶段的活化能均高于对应失重阶段的活化能,说明煤在失重阶段更容易氧化自燃,[BMIM][BF4]处理煤的平均表观活化能高于其他煤样,说明其抑制效果较好.     

咪唑类离子液体抑制煤自燃特性的研究

为了考察咪唑类离子液体对煤自燃特性的影响,开展热重-差热同步热分析试验测试.结果表明:离子液体对煤自燃的失重过程有明显的减弱作用,且不同离子液体的作用效果不同.效果最好的为[BMIM][BF_4],抑制百分比约7.9%.同种阴离子([BF_4]~-)下,[BMIM]~+的抑制效果比[EMIM]~+强;同种阳离子([BMIM]~+)下,[BF_4]~-的抑制效果比[NO_3]~-和[I]~-强.差热结果显示:[BMIM][BF_4]处理煤样峰值温度提高28℃,放热量明显变低.通过采用热动力学分析方法,计算出煤样自燃过程中的表观活化能(E_a)和指前因子(A),得出煤样增重阶段的活化能均高于对应失重阶段的活化能,说明煤在失重阶段更容易氧化自燃,[BMIM][BF_4]处理煤的平均表观活化能高于其他煤样,说明其抑制效果较好.     

粒径对煤氧化升温进程影响的试验研究

为研究粒径对煤氧化升温进程的影响,利用程序升温试验系统,分析潞安集团李阳煤矿15号煤层5种不同粒径煤样氧化升温进程中O_2,CO,C_2H_4等气体的生成规律,并计算了不同粒径煤样的耗氧速率和CO,CO_2,C_2H_4气体的产生速率以及煤自燃倾向性判定指数。结果表明:该煤层自燃临界温度约80℃,干裂温度约135℃,气体产生速率临界温度约160℃;从试验初期到干裂温度段,各煤样气体生成总量变化不大,超过干裂温度后,气体生成量变化幅度增大;煤样在超过气体产生速率临界温度后,各气体的产生速率开始有较大幅度增加,且粒径越小的煤样气体产生速率的变化幅度越大;随着煤样粒径的减小,煤样和O_2反应面积增大,交叉点温度相应降低,煤样粒径对煤自燃倾向性有明显影响。     

咪唑类离子液体抑制煤自燃特性的研究

为了考察咪唑类离子液体对煤自燃特性的影响,开展热重-差热同步热分析试验测试.结果表明:离子液体对煤自燃的失重过程有明显的减弱作用,且不同离子液体的作用效果不同.效果最好的为[BMIM][BF4],抑制百分比约7.9%.同种阴离子([BF4]-)下,[BMIM]+的抑制效果比[EMIM]+强;同种阳离子([BMIM]+)下,[BF4]-的抑制效果比[NO3]-和[I]-强.差热结果显示:[BMIM][BF4]处理煤样峰值温度提高28℃,放热量明显变低.通过采用热动力学分析方法,计算出煤样自燃过程中的表观活化能(Ea)和指前因子(A),得出煤样增重阶段的活化能均高于对应失重阶段的活化能,说明煤在失重阶段更容易氧化自燃,[BMIM][BF4]处理煤的平均表观活化能高于其他煤样,说明其抑制效果较好.     

煤耗氧速率与CO生成速率的计算及实验论证

煤氧反应一直被视作基元反应,从而由质量作用定律得到"耗氧速率、CO生成速率均与环境氧浓度成正比关系"的推论,但尚待论证.本文在5种不同进气氧浓度下分别对两个矿的煤样进行了低温氧化实验,推导了实验过程中标准耗氧速率与标准CO生成速率的计算式.结果表明,相同温度下,同一矿各煤样的标准耗氧速率或标准CO生成速率都相等.这说明,虽然进气氧浓度不同,但同一温度下相同煤样所消耗氧气的比例总是一定的,且CO总生成量与氧气总消耗量的比值也是一定的,由此证实了上述推论.微观分析表明,煤低温氧化时的耗氧过程的确可视为基元反应.     

煤粒径对气体产生规律和自燃倾向性影响研究

应用程序升温实验系统,对沙曲煤矿24305和25301两个采煤工作面进行了不同粒径煤样的程序升温实验,研究不同粒径煤样升温氧化过程中O_2、CO、CO_2、CH_4、C_2H_4、C_2H_6和C_3H_8等气体的产生规律,并计算了不同粒径煤样的耗氧速度和自燃倾向性判定指数。研究结果表明,煤样粒径越小,对氧气的吸附能力越强,耗氧量也越大;随煤样温度的上升,不同粒径煤样的耗氧速度和标志气体体积分数均由缓慢增加变为急剧增加,且煤样粒径越小其变化趋势越明显;煤样粒径越小,煤样的临界温度和干裂温度越低,煤的自燃性越强。     

机械力作用下煤结构破断CO释放规律及自燃预测指标修正方法

为有效区分采煤过程中机械力作用下煤机械破断CO的产生规律和释放量,利用自制粉碎实验装置开展煤机械破断实验,实验从煤样质量、电机转速和粉碎气氛3个方面进行.结果表明:CO体积分数上升速率、出现时间及绝对产生量随煤样质量、电机转速增加而增加,空气气氛下煤样CO体积分数平均上升速率高于氮气气氛下煤样.在4min粉碎时间内,机械力破断煤结构产生CO绝对产生量与煤样量呈线性关系.基于实验结果,建立工作面落煤模型,并推导出落煤过程中因机械力破断煤结构产生CO体积分数计算公式,计算结果可作为预测指标修正值对煤自燃预测预报结果进行修正.     

煤自燃逐步自活化反应理论

为了深入了解煤自燃发生发展过程，对煤自燃过程进行了绝热氧化模拟，获得了煤自燃过程升温曲线，得出煤自燃过程活化能随温度升高而逐渐上升的规律，同时对煤低温氧化过程微观结构变化规律进行了红外光谱测试．在充分研究煤自燃过程宏观特性和微观结构变化之间关系的基础上，提出了煤自燃逐步自活化反应机理：煤结构中不同官能团（活性结构）治化需要的温度与能量不一样，先被活化而发生氧化反应的官能团释放能量使其它需要更高活化温度和能量的官能团活化而进一步与氧发生反应释放更多能量，煤自燃过程是不同官能团依次分步浙进活化而与氧发生反应的自加速升温过程．     

煤炭自燃特性研究的加速量热法

利用加速量热法研究煤炭自燃特性，所用煤样量少、实验时间短，可得到煤炭的初始自加热温度、煤炭升温曲线和耗氧曲线。进行了煤炭自燃过程的化学动力学研究，建立了煤氧化反应的活化能计算方法，得到了试验煤样在缓慢氧化阶段和激烈氧化阶段的活化能数据。     

富氧条件下煤燃烧特性的热重分析实验研究

为研究氧气浓度变化对煤燃烧特性的影响规律,利用热重分析对4种煤样在不同氧气体积浓度(21%、30%、40%、70%、100%)条件下的燃烧特性进行实验研究,根据实验结果分析氧气浓度对不同煤样燃烧动力学参数的影响.结果表明:随着氧气浓度的增大,煤样的着火温度及燃烬温度均呈下降趋势,且燃烬温度相对于着火温度下降得更快,煤粉...     

The shortest period of coal spontaneous combustion on the basis of oxidative heat release intensity

It’s necessary to forecast the shortest spontaneous combustion period for preventing and controlling the coal spontaneous combustion. During the experimental process, a calculating model of the SSCP is established on the basis of the oxidative heat release intensity and thermal capacity at different temperatures. According to the basic parameters of spontaneous combustion, heat of water evaporation and gas desorption, the SSCPs of different coals are further predicted. Finally, this study analyzed the relationships of the SSCP and the judging indexes of the self-ignite tendency. The result shows that the SSCP non-linearly increases with the decrease of dynamic oxygen adsorption and increase of activation energy. Compared with the practical fire situation of mine, this reliable method can meet the actual requirement of mine production.     

采空区自燃"三带"微循环理论及漏风流场数值模拟

为掌握采空区自燃"三带"分布及其自然发火规律,通过唐口煤矿2307工作面采空区自燃"三带"现场温度和气样观测,利用FLUENT软件对采空区漏风流场数值模拟.结果表明:采空区自燃是一个氧热微循环过程,当漏风供氧大于氧化耗氧、氧化生热大于漏风散热时,氧热微循环可持续进行,直至自燃;得出工作面不同风量下采空区自燃"三带"的区域.进风巷侧采空区可能自燃带范围在48.2～98.6 m,而回风巷侧采空区可能自燃带范围在24.3～98.6 m.经对比分析,得出最有利于采空区防灭火的最佳供风量为1 200～1 440 m~3/min,可满足防灭火的需要.     

绝热氧化法研究煤的自燃特性

介绍了一种绝热氧化实验设备及其实验方法，利用该设备测试了3种煤样的低温氧化自热升温过程，成功实现了100g左右小煤样的煤自然发火过程模拟试验研究，获得了煤在绝热状态下的氧化升温曲线，建立了煤的绝热氧化产热量计算的数学模型，对实验过程中煤在绝热条件下的氧化产热量进行了计算，获得了不同温度段煤的绝热氧化升温速率和产热速率。     

混烧锅炉富氧燃烧的数值模拟

富氧燃烧会对煤粉和高炉煤气混烧锅炉炉内的燃烧特性产生重要影响。以130 t/h煤粉和高炉煤气混烧锅炉为研究对象,采用Fluent流体力学软件,对助燃气体（O_2/N_2）在3种不同氧气体积百分数（21%,23%,27%）工况下煤粉和高炉煤气混烧锅炉炉内的燃烧过程进行数值模拟。模拟得到3种工况下：炉内的温度场分布,烟气流场特性,火焰长度。模拟结果表明：随着氧气浓度的增加,燃料着火速度更快,燃烧更稳定,出口烟温逐渐降低,炉内烟气流速逐渐减少,强化了炉内传热效果,提高了锅炉热效率。     

A new apparatus to establish the spontaneous combustion propensity of coals and coal-shales

Coal and coal-shale both tend to undergo spontaneous combustion under favourable atmospheric conditions. The Wits-Ehac index has been developed in South Africa since the late 1980's to test the spontaneous combustion liability of coal. However, in some cases, the Wits-Ehac index fails to produce tangible results when testing coal-shales. To overcome this problem, a new apparatus has been developed to test carbonaceous materials such as coal and coal-shale under chemical reactions with oxygen and an index has been obtained. This index is called the Wits-CT index. The equipment emulates the influence of oxygen adsorption on carbonaceous material for a period of 24 h without a heating system.The Wits-CT index uses the total carbon content of the sample and the temperature variations obtained from the samples during reaction with oxygen to predict the spontaneous combustion liability. Eighteen samples have been analyzed using both indices and the results are in-line. It was found that coals and coal-shales with higher values of the Wits-CT index are more liable to spontaneous combustion.Further research on different coal-shales is underway in order to establish an extensive database for coal and coal-shales, together with known incidences of self-heating.     

煤液化残渣与褐煤混合燃烧硫污染物排放规律

用ZCS-1型智能化定硫仪研究了神华煤液化残渣与褐煤混煤燃烧时硫污染物的动态排放特性，研究发现单煤及混煤燃烧时硫析出速率曲线呈双峰结构.由煤液化残渣、古山煤和风水沟煤配成的三元混煤的硫析出速率双峰曲线比煤液化残渣和风水沟煤配成的二元煤平缓.当高硫的煤液化残渣掺混比减少时，二元混煤或三元混煤的最大硫析出量都逐渐减少，硫析出速率逐渐降低，且其峰值时间均有所延迟.     

煤水分含量对煤吸氧量与放热量影响的测定

应用TA2000／MDSC2901型差示扫描量仪进行了煤的含水量对吸氧量与放热量影响的研究．研究表明，煤中的含水量与煤的总吸氧量、放热量之间关系较复杂；在煤的低含水量段与含水量较高段各有一个总吸氧量与放热量较大的峰值点，且两峰值所对应的含水量基本一致．这说明干煤与较湿煤都易自燃，因此，用水防治煤炭自燃时，应保持煤有很高的湿度，否则有可能加速煤的自燃．