基于Model-fitting法褐煤自燃过程动力学的研究

针对褐煤脱水后容易自燃的特性,利用热分析技术研究褐煤自燃过程的动力学。在热重分析仪上,褐煤呈现脱水失重阶段、吸氧阶段、受热分解阶段以及燃烧阶段和燃尽阶段,其中受热分解阶段氧化反应剧烈,是褐煤自燃的主要诱因。     

加热作用对褐煤自燃过程影响的红外光谱研究

 利用原位傅里叶红外光谱仪实时在线测试了褐煤分别在通入氮气和氧气的程序升温条件下主要活性官能团的变化规律,通过对比分析研究了程序升温的加热作用对煤氧化过程产生的影响。结果表明：在这两种气氛条件下各主要活性官能团都呈现先减少后逐渐增加的连续变化趋势;仅靠程序升温的加热作用也会导致煤自身发生反应,但是加热作用对煤中官能团变化的影响与氧化条件下的影响趋势是一致的。     

基于等效氧化暴露时间理论的褐煤自燃特性研究

为研究堆积褐煤自燃特性,通过开放式恒温实验获得不同体积立方体褐煤(边长分别为0.05,0.1,0.15和0.25 m)内部升温曲线、临界自燃着火点温度(Tc)和表观活化能等特征参数。基于等效氧化暴露时间(EOET)理论,针对实验条件建立均质多孔介质的多场耦合数学模型,并通过实验结果验证了数值模拟的合理性,从而掌握了实验无法获得的温度场、氧浓度场和渗流场的动态分布。通过实验将褐煤升温过程划分为4个阶段。结合实验及数值模拟明确了煤体热量产生与传递、水分蒸发与运移、氧气消耗与运移、自然对流等多种因素的耦合关系,探讨了升温过程中相对EOET与产热加速率的负相关关系。进而对大型煤堆自燃状态进行模拟,验证了煤堆临界自燃着火点温度实验式的合理性。     

宋集屯露天煤矿褐煤自燃及防治措施

褐煤极易自燃且不易预防和处理,通过宋集屯露天煤矿对褐煤自燃防治与治理,总结出处理褐煤自燃的一些防治措施。     

复合阻化剂抑制褐煤氧化自燃的实验研究

针对单体阻化剂对褐煤自燃效果单一问题,对单体阻化剂氯化镁、磷酸二氢铵和低聚磷酸铵进行了正交复配,并对煤样进行了阻化处理和程序升温实验,研究了褐煤阻化前后指标气体CO的变化规律,并以前期和后期阻化率为评价指标,分析了不同配比的阻化效果。实验结果表明,效果最好的复合阻化剂配比为28 g的Mg Cl2、8 g的NH4H2PO4、12 g的APP,其复合阻化液质量分数为20%。     

褐煤自燃机理及阻化剂防自燃技术进展

我国褐煤资源储量丰富,但褐煤,尤其提质后褐煤极易发生自燃.从褐煤的化学结构和孔隙特征等角度分析了其自燃机理,综述了卤盐吸水液、铵盐阻化液、氢氧化钙阻化液、硅凝胶和高聚物阻化剂等常用防自燃阻化剂,对它们的作用原理和阻化效果进行了详细阐述,并指出了这些阻化剂存在的局限性,提出了阻化剂防自燃技术的发展方向.     

二次氧化煤自燃过程关键官能团的转变规律

为掌握二次氧化过程中关键官能团转变对煤自燃的影响,分别采集新疆艾维尔沟气肥煤和 新疆硫磺沟长焰煤,在不同预氧化温度(100,200,300,400 和 500 °C)下对 2 种煤样进行处理,氧化 时间为 40 min,并以原煤作为对照组,开展二次氧化煤样热重和原位漫反射红外光谱试验研究。 通 过热重实验分析煤样热失重过程(30~800 °C),基于质量变化速率为 0 的 3 个特征温度(T2,T5, T7),将煤样氧化过程划分为 3 个阶段。 通过原位漫反射红外光谱仪分析了煤样升温过程中(30~ 300 °C)关键官能团的变化情况。 结果表明:在煤氧反应中羟基的主要反应温度范围是 Tc ~T1(Tc 为常温,T1为临界温度),氧化反应后期羟基含量基本不变。 其中羟基含量增加量最大的煤样分别 为 L500( 预氧化温度为 500 °C 的硫磺沟煤样) 和 A400( 预氧化温度为 400 °C 的艾维尔沟煤样) 。 脂肪 烃、芳香烃和含氧官能团主要反应阶段为 T2 ~ Tz( T2 为干裂温度,Tz 为终止温度) ,当温度小于 T2 时, 这几种官能团参与反应程度较小。 经过不同的预氧化温度处理后,煤样关键官能团含量变化差异 明显。 过高的预氧化温度会使煤中脂肪烃、芳香烃和含氧官能团含量减少。 对比不同预氧化温度 下煤样的官能团变化,发现预氧化温度为 200 °C 时,煤分子中芳香烃、含氧官能团和脂肪烃都达到峰值。     

Starink法在煤氧化自燃过程中的应用

为研究煤氧化自燃的反应机理,对4种不同煤样进行热重实验取得TG-DSC曲线,运用Starink法求解出煤样在达到着火点之前的表观活化能,对煤的氧化自燃过程进行研究。研究结果表明:煤的氧化自燃过程大致分为失水、氧化和燃烧3个阶段,煤的氧化阶段对煤的自燃起到关键性的作用,并且煤在氧化阶段的表观活化能随温度的升高而逐渐升高。煤样的吸氧量的大小与氧化阶段的最大表观活化能成反比,越容易发生自燃的煤样,吸氧量越大,氧化阶段的最大表观活化能越小。因此可以采用煤氧化阶段的最大表观活化能作为一项指标鉴定煤自燃倾向性。     

内蒙古胜利褐煤制备半焦及燃烧性能研究

为了探索内蒙古胜利褐煤半焦的燃烧性能,基于对褐煤煤质分析,在不同热解温度下制备半焦;分析不同的热解温度对半焦性质的影响,并通过热重分析研究其燃烧失重特征。试验结果表明:热解温度对半焦产率有很大影响,随着热解温度的升高,半焦产率下降;在燃烧温度为400~600℃时,半焦燃烧反应非常剧烈,随着燃烧温度的升高,半焦燃烧失重量减小。在试验温度范围内,热解温度为500℃时制备的半焦燃烧性能最好。     

煤自燃过程温升特性及产生机理的实验研究

为了研究煤在自燃过程中会出现温度上升突然加快所产生的原因,为煤矿现场煤炭自然火灾的防治工作提供理论依据,采用绝热法、程序升温法对北皂褐煤氧化过程中自热升温特性、耗氧、CO,CO2气体产物特性的研究,提出煤的氧化过程具有分阶段性,主要可以分为2个阶段:低温缓慢氧化阶段和高温快速氧化阶段;并采用原位傅里叶红外光谱实时连续地采集了北皂褐煤表面主要活性官能团在氧化过程中的变化规律。实验结果表明:煤的分阶段特性主要是由于OH的反应导致的,OH反应吸热是低温阶段热量难以积聚的主要原因,当OH反应消耗殆尽时,煤中热量迅速积聚,煤温迅速升高。     

低阶煤表面活性结构对自燃的影响研究

以HM、CY、BN 3种低阶煤样作为考察对象,研究了低阶煤中表面活性结构对自燃的影响,结果表明,在加热初期,越容易自燃的煤,其活性基团都是呈现减少的趋势,活性基团的量出现极大值的温度越低。含氧官能团在影响煤自燃中发挥着重要的作用,羟基与羧基可能是引起煤自燃的导因,亚甲基和醚键都是影响煤自燃的关键基团,而其中脂醚的作用相对最大。     

采用热重分析法研究煤自燃过程的特征温度

采集兴隆庄矿煤样,分别选取不同的升温速率、氧浓度、粒度等试验条件进行热重分析(TG),得出了75条相应的TG和热重微分(DTG)曲线,通过分析得出了煤自燃过程的7个特征温度,并确定出了相应的温度范围,为研究煤自燃氧化提供了具体的依据。     

采空区煤自燃高温点识别与探测技术研究与展望

煤自燃的发生主要与煤炭的化学结构组成及其特性有关,而微生物对煤结构具有一定的作用能力。因此提出利用特定微生物对煤表面结构溶解−抑制煤自燃的思路,从褐煤中分离、提纯、定向驯化得到2种采空区煤源微生物,Aureobasidium pullulans (DA. pu) 和Staphylococcus pettenkoferi (DS. pe),经处理煤样后,探讨煤源驯化微生物对煤低温氧化过程微观结构及氧化性能的影响特征。结果表明：不同微生物对煤活性结构作用效果具有差异性。DA. pu减少煤中羟基,但DS. pe却使羟基峰面积比例大幅增大。煤中的脂肪烃、含氧官能团面积比例均呈现出不同程度的减少。其中,DS. pe对煤中脂肪烃的破坏能力最强,可完全溶解—CH₃,对芳醚键也具有较强的溶解能力,降低率高达66.37%。DS. pe将煤中芳香烃中四取代烃峰面积降为0,单取代烃的减少率达到了58.52%。处理煤样的γ峰与002峰的峰面积,堆砌高度与芳香片层数均减小。综合微观结构的变化特征,DA. pu比DS. pe对结构参数作用能力更为显著。微生物作用延迟了煤样的临界温度T₁,DA. pu将燃烧阶段的活化能增大了4 428.11 J/mol,延缓了煤自燃发展进程。微观结构及氧化性能的表现一致,表明DA. pu抑制能力更强。这是由于微生物能够有效的溶解煤分子结构,降低煤分子的反应活性,使得煤的反应活化能增加,氧化性能降低。该研究结果为探索煤矿采空区微生物驯化及抑制煤自燃的设想提供了理论依据。

     

硫化矿床自燃发火可能性鉴别

经对硫化矿床自燃火灾发生情况的调查，通过统计与试验对比，研究分析自燃火灾发生的可能性，提出具有自燃特性的矿岩的判断方法和鉴别指标；并提出预防为主、防治结合的防灭火措施。     

不同变质程度烟煤的自燃特性研究

为了研究不同变质程度烟煤的自燃特性变化,根据变质程度由低到高顺序,选用4种不同变质程度烟煤：宁夏灵武不黏煤、宁夏灵武气煤、山西霍州1/3焦煤以及辽宁沈阳瘦煤,分别开展液氮吸附实验、傅里叶红外光谱实验以及TG-DSC同步热分析实验。结果表明：随着变质程度的升高,烟煤的内部孔隙的比表面积逐渐增加,孔容积变化趋势与之相同;煤样中的活性官能团比重逐渐减小,化学性质相对稳定的官能团比重逐渐增加;烟煤的临界温度T₁与着火点温度T₄随着变质程度的加深而逐渐升高,煤样燃烧阶段的放热量逐渐减小。综上所述,随着变质程度的升高,烟煤化学性质趋于稳定,愈发难以自燃;煤样中的活性官能团的影响程度要比孔隙结构的影响程度要大。     

乌达烟煤微观结构参数解算及其与自燃的关联性分析

借助傅里叶变换红外光谱仪对乌达矿区典型火区的6种煤样的微观结构与煤自燃的关联性进行探讨,通过红外光谱的定性与半定量分析及煤结构参数的解算可知:乌达烟煤分子结构的芳香度和环缩合度较小,烷基侧链的平均长度较短,桥键较多,致使煤结构具有较强的化学活性,易于被氧化,继而导致乌达烟煤易于自燃.     

贫氧作用下煤氧化放热关键基团演变特征及其热效应

为了探究贫氧作用下煤自燃放热关键基团演变特征及其热效应,利用差示扫描量热实验和原位红外实验测试了不同氧气体积分数下煤热反应过程及其微观基团变化规律。结果表明：煤自燃放热过程可分为蒸发吸热、氧化放热、分解蓄热、燃烧放热和燃尽5个阶段,而基团可分为芳香烃化合物、脂肪烃化合物、羟基和碳氧基团4类。随着反应温度的升高,煤中—C=C—逐渐下降,脂肪烃和碳氧基团先增后降,羟基基团则呈两段式下降趋势。随着氧气体积分数的降低,煤反应热流曲线和特征温度向高温区移动,反应强度、放热量和放热特征参数降低。氧气并未改变煤自燃放热进程和基团的变化规律,但会显著影响其关键温度节点。更进一步的,采用灰色关联和量子化学方法确定了关键基团演变特征及其反应热效应。结果表明,任意氧气体积分数下煤自燃放热最关键基团的变化趋势均为—OH-1→—COO—→Ar—CH→Ar—CH,但其关键基团归属则依次为羟基→碳氧基团→脂肪烃化合物→芳香烃化合物。贫氧状态下煤自燃放热过程关键基团及其归属种类并未发生改变。煤自燃过程中H₂O和CO的生成属于自发放热反应,而C₂H₄和C₂H₂生成反应为非自发吸热反应,且C₂H₄和C₂H₂作为自燃标志性气体的灵敏度强于前两者。C₂H₂生成反应是煤放热过程中出现显著吸热峰的关键原因之一,而芳香烃燃烧产生CO和CO₂则是煤燃烧剧烈放热的主要原因之一。     

镁铝水滑石泡沫阻燃剂的制备及阻化特性研究

为防治煤自燃,采用表面活性剂、稳泡剂和镁铝水滑石（HT）按一定比例配制出稳定性高、阻燃效果好的镁铝水滑石泡沫,通过正交试验和Waring-Blender法确定了镁铝水滑石泡沫的最佳配方,通过程序升温装置和锥形量热实验测试其阻化特性。结果表明：当表面活性剂Silok8022质量分数为0.03%、AOS质量分数为0.1%、LAMC质量分数为0.075%,稳泡剂HEC质量分数为0.05%,阻燃剂HT质量分数为1%时,镁铝水滑石泡沫的性能最好;在低温阻化方面,HT泡沫的阻化率达到68.4%,200℃时添加HT泡沫的煤样CO体积分数较原煤降低了36.9%;在高温燃烧方面,HT泡沫处理的煤样热释放速率峰值从74.59 kW/m²下降至43.48 kW/m²,总热释放量从9.98 MJ/m²下降至7.15 MJ/m²,相比MgCl₂和AFFF,HT泡沫对煤表现出优异的阻燃效果;添加HT泡沫的煤样脂肪烃和含氧官能团含量均显著降低,表明HT泡沫对煤自燃具有较强的抑制能力。