煤炭自燃自由基反应的电子自旋共振实验研究

基于煤炭自燃的自由基作用机理，采用电子自旋共振（ESR）测谱仪，测定煤体在破碎和低温氧化过程中的自由基朗德因子，浓度，线宽和线高．实验以张集矿肥煤和白芨沟矿无烟煤为研究对象，分析了煤在4种粒径范围内ESR参数的变化情况和煤炭低温氧化过程中ESR参数随氧化温度、氧化时间的变化情况．结果表明：煤自由基因子在2．002～2．003之间，变化不大，张集矿肥煤的因子值稍大于白芨沟无烟煤；煤体粒径越小、氧化温度越高、氧化时间越长，煤自由基浓度越大；线高的变化趋势与自由基浓度变化趋势基本一致；线宽的变化趋势呈分散性．     

露天煤矿煤炭自燃进程的数学模型

探讨了露天煤矿煤炭自燃进程的数学关系，所得结果对分析露天煤矿煤炭自燃机理和预测其自燃进程与自燃点位置具有重要的指导意义。     

生产工作面采空区煤炭自燃综合治理研究

在理论分析和实验研究基础上,分析了沛城煤矿生产工作面采空区煤炭自燃的原因,理论分析了气雾阻化预防煤炭自燃的阻燃原理,实验研究了煤的外在水份和阻化液含量对煤自燃阻化效果,介绍了沛城煤矿生产工作面采空区煤炭自燃综合治理的应用效果,提出了采用气雾阻化技术应注意的问题。     

煤炭自燃模拟实验装置设计与研制

设计与研制煤炭自燃模拟装置，该装置能够模拟和研究煤炭在常温条件下自燃的发生和发展过程，发生条件及其影响因素，自燃过程煤炭微观和宏观参数变化，研究自燃火源形成及其分布规律。     

煤炭自燃的模糊分类与识别

本文基于模糊数学理论对煤炭自然概念提出统一而科学的定义分类方法。在此基础上给出了在氧化热量全部消耗在煤温增高的条件下，煤温Ｔ与煤的发火前的时间ｔ关系的热平衡方程及利用标志气体判别自燃程度的数学模型与识别方法。     

煤炭低温吸氧过程及其热效应

根据煤炭低温吸氧过程的３种途径,设计、研制了煤炭低温吸氧过程的试验装置,并对４种煤样的低温吸氧过程进行了试验;最后,通过煤炭低温吸氧过程的热效应分析,对煤炭自燃机理进行了探讨     

煤炭自燃标志性气体预测指标的实验研究

设计并研制了氧化热解实验模拟装置，通过对峰峰矿区小屯矿工作面采空区煤样的氧化热解模拟实验，绘制了各氧化热解气体CO2、O2、C2H6和CO等气体浓度随温度的变化曲线，并对其分析找出了该矿采空区煤炭自燃的标志性气体预测指标，从而为掌握工作面采空区煤炭自燃的规律和制定有效合理的煤炭自燃发火的防治措施提供依据，为煤矿的高效生产提供安全保障。     

预报煤炭自燃的CO指标气体临界值研究

CO气体作为预报煤炭自燃的指标气体在煤矿中已被广泛使用,但有些矿井回采面上隅角始终存在CO气体,甚至超出矿业安全规定的临界指标,特别是在综采或综放工作面这一现象更明显,尽管采取多种防灭火措施,只能使CO气体涌出量减少而不能消除CO的产生,为了解其原因,在实验室做了不同煤种低温氧化实验,通过实验发现有些煤种在常温氧化条件下就会出现CO气体,甚至出现的CO量还很大,且随着煤的氧化时间的延长,产生CO气体强度在降低。为了及时准确、可靠预报煤炭自然发火,合理选择CO指标气体临界值是关键。利用多阀气相色谱仪检测常温条件下不同煤种氧化放出的CO气体量,对合理的CO指标气体的临界值进行了研究,确定不同情况下CO的临界值。     

紫外光引发煤自由基反应的实验研究

利用电子顺磁共振（ESR）分析仪和气相色谱仪,实验测定了新安矿贫瘦煤（易自燃）和杨庄矿贫瘦煤（不易自燃）在紫外光照射下自由基浓度和氧化产物（CO和CO2）的变化情况.结果表明：煤自由基对紫外光非常敏感,紫外辐射可以引发煤自由基反应;杨庄矿煤样在紫外光照射时自由基浓度增加速率较快,约是新安矿的4倍.煤的光氧化同热氧化一样,也会产生CO和CO2气体;相同实验条件下新安矿煤样光氧化时生成的CO是杨庄矿的2.5倍.可见,煤的自燃特性并不能简单以自由基浓度大小或自由基增加速率的快慢来判断.     

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．     

露天煤体自然发火的试验研究

分析了露天煤体自然发火的原因和特点,进行了煤的氧化试验和野外煤堆自燃的模拟试验,通过对试验测试数据的分析讨论了煤体自燃发生的过程、温度场及CO排放量等的变化规律.所得结果对分析与预测煤体的自燃进程、防治露天煤体的自燃火灾等具有重要意义.     

三相泡沫防治采空区煤炭自燃研究

针对目前煤矿防灭火技术与材料存在的一些不足，研制了一种用于防治采空区煤炭自燃的三相泡沫材料．简要介绍了三相泡沫的制备流程和主要技术参数；建立了采空区煤炭自燃过程的化学动力学方程，根据对方程中C，O2反应的物质的量浓度，煤体温度T，采空区的孔隙率γ等参数的控制，研究了三相泡沫防治采空区煤炭自燃的机理．结合三相泡沫在大兴煤矿N2703综放工作面采空区防治高温火源点的实际应用情况，对比了注三相泡沫前后取样气体中CO，O2体积浓度以及采空区温度丁的变化结果，有效地防治了煤炭自燃．应用结果表明三相泡沫防治采空区煤炭自燃的效果显著，是一种具有广阔应用前景的新型防灭火材料．     

Critical Value of CO of Forecasting Coal Spontaneous Combustion

CO has been used widely in the production process of colliery as an index gas to predict spontaneous combustion of coal. But in some collieries there are CO gas in the upper corner of the face all the times, sometime CO gas even exceeds the regulated critical index. This phenomenon is much more obvious in the fully-mechanized longwall face and fully-mechanized long, wall and top-coal caving face. Ahhough many measures of fire-proof and fire-extinguishing have been adopted, the flowing amount of CO gas can be only decreasd, but can not be eliminated completely. Using the different kinds of coal, the experiment of coal oxidation was made at the low temperature. The experiment indicates that some kinds of coal can produce CO under the condition of normal temperature oxidation, sometime the CO consistency is very high, and the intension of CO can be decreased with oxidation time prolonging. Selecting rational critical value of CO is the kev to predicting spontaneous combustion of coal correctly and reliably. The problem of selecting retional critical value of CO was studied. Finally, the amount of CO gas released by different kinds of coal was obtained under normal temperature condition.     

基于活化能的煤自燃倾向性研究

对国内外主要煤自燃倾向性鉴定方法进行了分析和评价，指出了我国现行的煤自燃倾向性色谱吸氧鉴定法的不足之处，同时给出了煤自燃倾向性鉴定标准的基本原则．在煤自燃动力学基本方程基础上得到了煤绝热氧化方程，并设计了相应绝热氧化实验装置．通过理论和实验研宄，提出了能够反应煤自燃关键阶段，即低温氧化阶段动力学参数活化能E作为煤自燃倾向性鉴定指标，并测试了3个典型煤样的低温氧化活化能E．最后，通过现场煤自燃发火期与煤物理吸附氧量和低温氧化活化能E的对比，对该指标的实用性和科学性进行了检验．     

模糊层次评价在煤矿采空区自然发火中的应用

基于模糊数学的理论,提出了煤矿自然火灾发生的模糊层次综合评判模型。模型充分考虑各种量化、非量化因素及各种需优先考虑的项目,使煤矿采空区自然发火的安全防范建立在科学理论基础之上,克服了传统的全评方法难以综合考虑各种因素的缺点。同时以某一矿山为例,利用该模型对矿井采空区自然发火进行了风险评价,确定了矿井发生危险的等级,结果表明,该评价方法具有一定的科学性和合理性。     

Recognition of Spontaneous Combustion in Coal Mines Based on Genetic Clustering

1 Introduction Coal mine fires can be divided into two kinds. One is an exogenous fire; the other is an internally caused fire [1]. Exterior hot objects are the cause of exterior-caused fires, such as fire damp explosions, mechanical friction, an electrical short circuit, joint sparks, etc. Internally caused fires happen in places where is oxygen deficient, such as laneways, goafs and coalholes. Spontaneous combustion of coal may be caused by three necessary conditions: the self- ignition pot…