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。     

弱黏煤氧化过程中的燃点及微观结构变化特性研究

利用煤燃点测定仪、比表面积及孔径测试仪和红外光谱仪,研究弱黏煤在不同温度预氧化的煤样燃点、比表面积和官能团变化规律,以揭示弱黏煤在氧化过程中燃点、比表面积、孔径和官能团变化特性。研究结果表明:随着预氧化温度逐渐升高,燃点出现波动但整体呈降低趋势。初次氧化后,煤样的比表面积增大约4倍;二次氧化后,煤样的比表面积比新鲜煤样的比表面积增大约32倍。新鲜煤样以大孔为主,中孔和微孔所占比例很小;初次氧化后,大孔比例急剧下降,中孔比例急剧升高且占主导地位;二次氧化后,煤样空隙体积减小,其中中孔体积急剧减小,微孔体积的比例迅速升高且占主导地位。随着预氧化温度升高,含氧官能团数量增加,饱和烃官能团数量减小,芳香环官能团数量基本不变。     

复杂条件下煤自燃特性参数变化规律研究

为揭示锦界煤矿31116工作面采空区遗煤的氧化特性，利用程序升温实验系统研究了原煤、预氧化煤、浸水风干煤的低温氧化特性，分析了指标气体产生量、耗氧速率和放热强度与温度的对应关系，实验表明：实验过程中煤样的自燃特性参数均随温度升高呈指数变化规律，CO可作为30～110℃之间的指标气体、C₂H₄可作为110～200℃之间的指标气体；二次氧化气体产生量、耗氧速率、放热强度均在反应前期低于初次氧化，反应后期高于初次氧化；浸水风干煤样氧化过程中的气体产生量、耗氧速率和放热强度更高，相较于原煤样，开始检测到CO、C₂H₄的温度点均提前了10～20℃,耗氧速率最高增大了173×10^-11mol/(cm³·s),最小放热强度与最大放热强度最高分别增加了211×10^-5 J/(cm³·s)和261×10^-5 J/(cm³·s),说明浸水过程对煤氧化进程具有一定的促进作用。     

弱黏煤氧化过程中的燃点及微观结构变化特征研究

利用煤燃点测定仪、比表面积及孔径测试仪和红外光谱仪,研究弱黏煤在不同温度预氧化的煤样燃点、比表面积和官能团变化规律,以揭示弱黏煤在氧化过程中燃点、比表面积、孔径和官能团变化特性。研究结果表明:随着预氧化温度逐渐升高,燃点出现波动但整体呈降低趋势。初次氧化后,煤样的比表面积增大约4倍;二次氧化后,煤样的比表面积比新鲜煤样的比表面积增大约32倍。新鲜煤样以大孔为主,中孔和微孔所占比例很小;初次氧化后,大孔比例急剧下降,中孔比例急剧升高且占主导地位;二次氧化后,煤样空隙体积减小,其中中孔体积急剧减小,微孔体积的比例迅速升高且占主导地位。随着预氧化温度升高,含氧官能团数量增加,饱和烃官能团数量减小,芳香环官能团数量基本不变。     

羟基乙叉二膦酸抑制煤自燃特性的实验研究北大核心

为研究羟基乙叉二膦酸(HEDP)对煤自燃阻化特性的影响,采用程序升温-气相色谱联用实验,对比分析原煤样和HEDP阻化煤样标志性气体的产生发展规律,HEDP阻化剂对实验煤样的阻化率;同时采用同步热分析装置分析实验煤样在煤自燃氧化过程中特征温度点和放热特性。程序升温实验表明:在煤自燃氧化过程中,HEDP阻化剂可降低CO气体的释放量,随着温度的升高,HEDP阻化剂对煤自燃的抑制作用逐渐增强;对于煤中过渡金属离子含量越多的煤种,HEDP阻化效果越明显,对肥煤(FM)阻化率最高为51.74%,对气煤(QM)的阻化率最低为16.74%。同步热分析实验表明:HEDP阻化剂可作用于煤自燃氧化全过程,在煤自燃氧化初期,HEDP阻化剂即可对煤自燃氧化反应产生抑制作用,能够显著地提高煤自燃氧化过程中的干裂温度、着火温度、最大热失重速率温度等,并降低煤自燃的最大热释放功率和总放热量。     

低变质程度煤二次氧化自燃特性试验

为了控制复采工作面的自然发火,遏制二次氧化灾害的发生和发展,采用煤自燃程序升温试验系统对选取的榆树井褐煤、玉华长焰煤、安山不黏煤和黄陵1号弱黏煤4种低变质程度煤样进行二次氧化自燃特性试验研究。结果表明:煤自燃氧化反应前期,二次氧化煤样产生的CO浓度、耗氧速率和放热强度等自燃特性参数均高于一次氧化煤样产生的量;而煤自燃氧化反应后期,二次氧化煤样的自燃特性参数低于一次氧化煤样。反应后期裂解产生C2H4,且二次氧化煤样产生的气体浓度小于一次氧化煤样。二次氧化煤样的特征温度点均向前移动,低于一次氧化煤样,说明二次氧化煤样氧化性增强,自然发火的危险性增大。     

水浸煤二次氧化特性研究

为了研究水浸煤二次氧化特性参数,对实验的6种煤样进行程序升温实验,检测其比表面积及孔径并进行分析。结果表明:预氧化后的水浸煤较预氧化后的原煤二次氧化气体生成速率及放热强度均有所增大,并且随着预氧化的温度升高,气体生成速率及放热强度也有所增大;预氧化后的水浸煤活化能较预氧化后的原煤和未氧化的原煤均低,随着预氧化温度的升高,活化能也有所降低,导致其自燃倾向性增加;水浸煤比表面积在同等条件下远大于原煤,随着预氧化温度的提高,原煤和水浸煤的比表面积均呈现下降趋势;二次氧化对实验所用的原煤、水浸煤的最可几孔径几乎没有影响,均为4 nm,在最可几孔径下,煤的微分孔体积/平均孔径随着预氧化的温度升高而逐渐降低。     

煤氧化特性的STA-FTIR实验研究

采用同步热分析-红外联用技术(STA-FTIR),以4种不同变质程度的新鲜煤样为研究对象,从特征温度点、热量变化、逸出气体、氧化反应动力学等多角度分析煤的氧化放热特性及其规律。研究结果表明,随着煤变质程度降低,煤中挥发分含量增高,煤氧化过程特征温度点逐渐减小;各个阶段反应活化能逐渐变小,最大热释放速率和放热量相应增加;同时,氧化过程中所释放的CO,CO2,H2O,CH4等气体的初始温度和峰值温度均呈现出逐渐减小趋势,生成CO量减少,CO2和水量增加;此外,不同煤样在水分蒸发及脱附阶段、吸氧增重阶段的反应机理接近。实验结果说明不同煤样的氧化反应过程具有相似性,变质程度越低的煤,发生氧化和燃烧反应越容易,自燃危险性越高。应根据煤样存储、开采、运输环境,针对初始放热温度较低的低变质煤样,及时采取冷却降温、封堵裂隙、阻化剂阻化等措施预防煤自燃发生和发展。     

恒温解吸附煤样低温氧化特性试验研究

为了研究解吸附煤样的自燃特性,运用煤低温氧化试验系统测试了煤样在氮气条件下恒温解吸附及解吸附再次氧化升温特性,分析了解吸附过程的气体产物规律和解吸附煤样的自燃特性参数,研究原煤和解吸附煤样的氧化、放热特性。结果表明:恒温解吸附过程中产生CO、CO_2、CH_4气体,CO_2的气体产生量远大于CO、CH_4,随着箱温温度的升高,气体产量也增大;与原煤相比,恒温30℃和50℃解吸附煤样的耗氧速率、放热强度均小于原煤;在70℃之前,恒温70℃解吸附煤样与原煤的耗氧速率和放热强度相似,在90~110℃之间出现交叉温度点,交叉温度点之前原煤的耗氧速率、放热强度大于恒温70℃解吸附煤样,之后小于原煤,说明不同恒温解吸附过程对煤的自燃特性的影响具有一定的差异。     

预氧化对煤复燃极限参数影响的实验研究

为研究预氧化对煤复燃过程极限参数的影响,采用程序升温装置模拟了煤初次氧化与二次氧化过程,对比分析2次氧化过程中煤自燃耗氧速率、气体生产率、放热强度及极限参数。结果表明:氧化煤和原煤的耗氧速率、气体产生率和放热强度均随煤温的升高呈近指数规律增长,但氧化煤在70℃前稍高于原煤,70℃之后低于原煤;氧化煤与原煤发生自燃的上限漏风强度先降低后升高,下限氧浓度与最小浮煤厚度先升高后降低;从升温过程中煤体自燃的极限参数极值角度,氧化煤发生自燃的"门槛"降低,更易自燃。