水分影响高硫煤低温氧化自燃特性参数实验研究

针对我国高硫煤层普遍存在自然发火期短、自燃特性参数不明确、自燃预测、预报难度大等难题,现场采集某高硫矿煤样,配制成不同含水量的水浸高硫煤混合煤样,采用XK型程序升温试验系统测试了高湿环境下煤样低温氧化过程中的耗氧速率、CO生成量、放热强度等煤自燃特性参数。     

CO_2与N_2抑制煤炭氧化自燃对比实验研究

在分析CO2与N2抑制煤层自燃氧化机理的基础上,将兴隆庄矿煤样分别通入CO2和N2气体惰化12h后,利用油浴程序升温实验系统对比分析程序升温实验过程中煤样CO产生率和耗氧速率等参数变化特征。实验表明:吸附CO2气体的煤样在脱附完成后CO的产生量小;煤样中吸附的CO2煤体随温度升高脱附量越大,当煤体温度达到140℃以上时,基本完全脱附,随后煤自燃特性与未吸附的煤样基本一致;在干裂温度下,煤样吸附CO2后比吸附N2煤样CO产生量和耗氧速率小,CO2比N2抑制煤样自燃效果更好。     

高硫煤二次氧化自燃特性参数的实验研究

为研究高硫煤矿复采工作面煤自燃预测预防的问题,采用程序升温实验方法对高硫煤的初次和二次氧化自燃特性参数进行了对比分析。结果表明:高硫煤在二次氧化低温阶段耗氧速率、CO产生率、CO2产生率和放热强度较初次氧化均有所上升,临界温度之后,二次氧化反应剧烈程度有所下降,且二次氧化与初次氧化指标气体不同;高硫煤中的Fe S2对煤氧吸附有一定的影响,初次氧化产生的H+对煤氧复合起促进作用,反应产物Fe(OH)3胶体降低了煤分子的孔隙率,阻碍了二次氧化的煤氧复合反应。实验结果为高硫煤矿复采自燃预报及封闭工作面启封后的防火工作提供了数据支撑。     

超临界CO_(2)作用下无烟煤抗拉与抗剪试验研究北大核心

在CO_(2)地质封存过程中,超临界CO_(2)与煤作用之后会改变煤体的力学性能。基于此,对不同试验条件下的无烟煤进行巴西劈裂试验与变角剪切试验;从干燥/饱水2种水分含量及超临界CO_(2)不同浸泡时间(3、5、7 d)2个因素,研究对比了不同试验条件下煤体抗拉强度、剪切峰值强度、残余强度、内摩擦角及黏聚力的变化规律。结果表明:煤体抗拉、抗剪强度及残余强度随超临界CO_(2)作用时间的增加而降低,但降幅逐渐减小;水+超临界CO_(2)作用下煤体各力学参数的劣化效应均大于干燥试验组;内摩擦角与黏聚力随超临界CO_(2)作用时间的增加呈减小趋势,但超临界CO_(2)的作用对黏聚力的影响较明显,对内摩擦角的影响较小。     

CEPPA抑制煤自燃热动力学研究

为了研究有机磷系阻化剂2-羧乙基苯基次膦酸(CEPPA)对煤自燃的抑制效果,采用同步热分析仪进行热重实验,对比分析原煤样和4种浓度CEPPA阻化煤样的煤自燃特征温度点,各浓度阻化剂均可提高煤自燃氧化过程中的特征温度点(活性温度和燃尽温度等),当CEPPA阻化剂浓度为20%时阻化效果最佳。CEPPA阻化剂的加入,使煤自燃的最大释热功率温度显著提高,降低了煤自燃最大释热功率,抑制了煤自燃过程中热量的释放。动力学分析结果表明,阻化煤样的表观活化能在煤自燃氧化3个阶段较原煤均增加,且在受热分解阶段增加量最大为31.34 kJ/mol。因此,CEPPA阻化剂可在煤自燃氧化全过程起到抑制作用。     

液态CO_2对采空区自燃隐蔽火源的控制技术研究

近年来,随着煤炭开采力度的加大,矿井采空区自燃火灾频发。基于采空区煤自燃特点,分析了液态CO2防灭火技术对采空区的降温、惰化特性,研究了液态CO2防灭火技术工艺和装备。以平煤十二矿17060采空区自燃火区治理为例,通过在现场应用,取得了很好的效果。     

不同温度压力下煤对CO_(2)吸附扩散规律研究北大核心

针对煤炭开采深度增加,瓦斯开采难度大的问题,应用模拟软件Materials Studio,微观模拟了不同温度和压力下CO_(2)分子的吸附、扩散规律;基于分子动力学的方法模拟得到了CO_(2)均方位移与时间的关系。结果表明:在15、25、30、35℃的等温吸附曲线中,CO_(2)吸附量随温度的升高而逐渐降低,说明在低温状态下有利于CO_(2)地质封存;CO_(2)在煤中的自扩散系数、校正扩散系数和传递扩散系数的值均随着温度、压力的升高而增大,且在35℃,3.5 MPa时达到最大值。     

复合阻化剂抑制煤自燃的热重动力学实验研究

为研究聚丙烯酸钠-花青素复合阻化剂对煤自燃的阻化效果,选用褐煤和长焰煤制备阻化煤样,并与原煤和常规阻化剂CaCl_2溶液处理的煤样进行对比。首先通过煤自燃倾向性氧化动力学测试实验对比原煤煤样与阻化后煤样的70℃出口氧浓度与交叉点温度(CPT)。其次开展热重动力学实验,选取特征温度点进行分析,并基于4种升温速率下煤氧化自燃过程3个阶段的热重数据,利用Starink模型等转化率法求解动力学参数。结果表明:聚丙烯酸钠-花青素复合阻化剂对褐煤及长焰煤自燃过程起到持续抑制作用,阻化后煤样自燃氧化动力学判定指数I大幅下降,高温下阻化效果显著优于CaCl_2溶液,具有较好的温度适应性。阻化煤样自燃过程的低温氧化阶段、吸氧增重阶段及着火阶段的表观活化能值均相应提高,煤氧复合放热反应活性大幅降低。     

大南湖煤矿3~#煤层自燃特性实验研究

为了掌握煤自燃特性参数,对大南湖煤矿3#煤层不同粒径的煤样进行了程序升温实验,测定了不同粒径的煤样在不同温度下产生的CO、CO2、CH4等气体的浓度。根据气体浓度变化规律,得出了不同条件下的气体产生率、耗氧速度等自燃特性参数。通过计算分析,得出了大南湖煤矿的煤自燃临界温度和裂解温度,以及不同粒径对煤自燃的影响,为大南湖煤矿煤自燃的预防提供了基础数据和理论依据。     

Basic theory research of coal spontaneous combustion

Discussed latest research results of basic theory research of coal spontaneous combustion in detail, with quantum chemical theory and method and experiment systematically studied chemical structure of coal molecule, adsorption mechanism of coal surface to oxygen molecule and chemical reaction mechanism and process of spontaneous combustion of organic macromolecule and low molecular weight compound in coal from microcosmic view, and established complete theoretical system of the mechanism of coal spontaneous combustion. Supported by National Natural Science Foundation(50474010); Eleventh Five Year Key Technologies (2006BAK03B05)     

脱氧型阻化剂对煤自燃的抑制效果

为对脱氧型阻化剂抑制煤自燃效果进行研究,在耗氧试验的基础上,进行抑制煤自燃试验,以CO生成量为指标对其进行优选。研究表明,无机盐阻化剂在添加耗氧剂等成分配制成脱氧型阻化剂后,不仅具有较好的耗氧效果,还具有比无机盐阻化剂更好的抑制煤自燃效果,且耗氧效果越好,抑制煤自燃的效果也越好;试验优选出的抑制煤自燃效果最好的配比为1.5 g还原性Fe粉、0.6 g硅藻土以及0.15 g MgCl_2,阻化效率比无机盐阻化剂提高了43.8%以上;在一定范围内,温度越高,脱氧型阻化剂的阻化效果越好;脱氧型阻化剂对粒径越小的煤样阻化效果越差,但当煤样粒径减小到80目时,再减小煤样的粒径,其抑制煤自燃效果已无明显差别。     

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。     

煤自然活化反应理论

对煤自燃过程进行了绝热氧化实验模拟,获得了9个典型煤样自燃过程升温曲线,并通过计算得到煤样自燃过程中每升高10 ℃时活化能随温度的变化曲线,得出了煤自燃过程中活化能随温度升高而逐渐降低的规律.在分析实验结果的基础上,提出了煤自然活化反应机理,即温度越高,煤自然活化需要的活化能越小,煤越容易被活化.定义了零活化能、初始活化能和零活化能温度的概念.零活化能与零活化能温度都是煤从被动氧化到自发反应的临界值.推导出了初始活化能、零活化能温度与R₇₀值的关系式.     

二氧化碳和氮气对煤自燃性能影响的对比试验研究

为研究二氧化碳和氮气对于抑制煤自燃的不同效果,设计了煤自燃程序升温静态试验和动态试验,测试了在不同试验条件下煤的耗氧速度和一氧化碳的产生速度,验证了二氧化碳气体和氮气对煤的氧化反应速度产生不同的影响,得到煤样在分别通入空气、氮气-空气混合气体和二氧化碳-空气混合气体后的表观活化能,分别为38.952 75,40.600 59和46.795 35 k J/mol。可见惰性气体可以增大煤样的表观活化能,但是氮气-空气的混合气体只是略微增大了煤样的表观活化能,而二氧化碳-空气混合气体则显著增大了煤样的表观活化能,说明在通入二氧化碳气体情况下煤样更不易自燃,二氧化碳比氮气具有更好的抑制煤炭自燃的能力。     

煤堆自然发火的试验研究

针对地面煤体自燃的原因和特点，进行了为堆自然发火的模拟试验，根据实验结果论述了煤体自热与自燃进程、温度场等的变化特征。实验研究发现：露天自然煤堆受环境因素影响较大；煤堆内部与表面温度的变化是一个动态的逆向过程，煤体的温升和延燃主要是向上；同一点的温度随时间呈幂指数规律变化，同一时刻不同部位的温度随其距热源的距离呈负指数规律变化。     

最低点火温度条件下煤粉自燃特性试验研究

火电厂及煤化工行业中需要将原煤加工成煤粉,煤粉在制备及输送过程中具有粒度小、环境温度高和供氧条件充分等特点,易发生自燃现象。最低点火温度Tm指在一定条件下煤粉能够发生自燃的最低环境温度,是衡量煤粉自燃危险性的重要参数。因此,研究煤粉在最低点火温度下的自燃特性参数及热动力学行为,对了解在最低点火温度时煤粉自燃行为、建立相应的预警机制具有重要意义。以3种不同变质程度的煤粉(张家卯弱黏煤ZJM、兖州气煤YZ和长治贫瘦煤CZ)为研究对象,采用油浴程序控温试验装置对煤样自燃特性进行测试,确定了3种煤粉的Tm和延迟点火时间ti;得出最低点火温度下各煤样耗氧速率、CO及C2H4产生量的变化规律;采用热动力学分析方法计算了3种煤粉的表观活化能。试验结果表明:①ZJM、YZ和CZ煤粉的最低点火温度分别为120、130、164℃,随变质程度的增加而增加;煤的变质程度越高,内部活性基团数量越少,自燃需要热量更多,导致高变质程度煤的最低点火温度较高;3种煤粉在最低点火温度处的延迟点火时间均约为20 min。②耗氧速率呈现出先增加后缓慢减少的趋势,在试验后期由于氧气浓度较低,引起煤粉氧化反应强度降低,最终导致耗氧速率出现缓慢下降;最低点火温度处的CO产生量随时间呈现出先升高后降低趋势,当煤粉温度约120℃时,产生C2H4。③最低点火温度处ZJM、YZ和CZ煤粉的表观活化能分别为24.33、29.50和18.67 kJ/mol,其中变质程度最高的CZ煤粉的表观活化能低于另外2个煤样,这表明高变质程度煤样的最低点火温度高,初期氧化反应速率较高。     

煤自燃高温贫氧氧化燃烧特性参数的实验研究

针对现有煤自燃特性参数测试装置的特点和不足,根据煤田火区高温、贫氧的燃烧特点,设计建造了XKGW-1型煤田火区燃烧特性参数测试实验装置。利用该实验装置模拟了煤田火区的燃烧过程,得到了煤样从常温到600 ℃高温过程中的宏观特性参数规律。实验结果表明,煤样可以在高温、贫氧浓度条件下,继续发生反应,放出大量的热量,维持火区的发展扩大。在火区发展演化的过程中,煤样的升温速率会因水分蒸发等原因出现减小的现象,但总体呈增大趋势;煤样的耗氧速度在50 ℃之前特别缓慢,之后迅速增大,氧浓度急剧减小,当煤温升高到约130 ℃左右,氧气浓度降低到3%以下,并持续缓慢降低;CO和CH4的产生量的变化规律相似,都随煤温的升高而升高,并且在110 ℃之前产生速率较慢,之后逐渐增大;CO2,C2H4,C2H6的产生量的变化规律相似,均随煤温的升高先增大后减小,但峰值点所对应的煤温有所不同。     

港口煤堆自燃原因及防自燃技术浅析

以中煤公司在秦皇岛港现场管理为例,对港口煤堆自燃原因及防自燃技术进行了分析,提出减少注水、加速煤炭运转速度等方法来防止港口煤炭的自燃。     

阜康矿区白杨河西煤层气井网布设的探讨

为调查并评价新疆阜康矿区白杨河西煤层气的资源潜力和可采性,在白杨河西一带布设了煤层气小井网。通过对该区地形地质条件和煤层气储层特征的分析,结合国内其它地区小井网布设的经验,确定采用"W"型布设井网,并确定了井间距,以期对今后本区煤层气勘查有所借鉴。