采空区浸水失水煤样低温氧化规律研究

为研究邻近采空区浸水失水煤样低温氧化过程的煤自燃规律,在对原煤和浸水失水煤样进行工业分析的基础上,利用扫描电镜和红外光谱分析原煤和浸水失水煤样的微观结构和官能团变化规律。结果表明:室温25℃时,浸水失水煤样长期浸泡在水中,煤体吸水溶胀发生破裂,孔隙结构由紧实变为松散,孔隙增大,与氧接触面积增大,吸附氧的能力增强,1 800 cm-1附近含氧官能团(C=O)峰值变强,加速煤样的低温氧化进程,煤样失水过程中水分带走部分无机物质,水分微增,但孔隙率增大,随着温度的升高,两煤样含氧官能团增加,低温氧化过程加快,浸水失水煤样的氧化速度较原煤快。     

基于耗氧量的煤低温氧化反应活化能研究

煤的低温氧化是一个非常复杂的过程,在不同的温度阶段存在不同的反应过程。活化能是研究煤低温氧化的一个重要的动力学参数。利用煤氧化过程中耗氧量求解煤低温氧化的表观活化能。通过程序升温实验测定了2种不同煤样的耗氧量随温度的变化关系,然后根据阿伦尼乌斯方程经线形处理发现煤在不同氧化阶段的活化能存在差异。煤氧刚接触时,主要发生物理吸附且吸附过程迅速导致活化能较小;随着温度升高,化学过程占据主导,活化能变大。     

利用TG-DSC和静态耗氧产热量法研究煤的自燃倾向性

利用流态氧化—静态收集气体分析方法,测定3种不同变质程度的煤样在不同温度下的耗氧量,采用综合热分析技术测试3种煤样的耗氧放热量。通过两者结合分析得出煤物理吸附氧气产生的热量是煤自燃的第一动力;提出了用煤低温氧化过程产生的热量指标作为煤自燃倾向性鉴定的金标准,为基于耗氧量的煤自燃倾向性判定提供了理论支撑;煤样耗氧量越大,煤样产热量也越大,耗氧量与产热量之间存在趋势性关系,因此可以用耗氧量来衡量煤的自燃倾向性;初步给出了分类原则和方法,提出了采用70℃、150℃条件下煤样的耗氧量进行煤自燃倾向性高低评判的方法。     

煤中原始水分对煤自燃影响的绝热氧化试验研究

为研究煤样中原始水分对煤自燃的影响,对同一煤样的干燥煤样和新鲜煤样进行了绝热氧化试验。通过对试验数据的处理分析发现新鲜煤样在自然升温过程中确实存在一个水分蒸发阶段,该阶段内温度无规律地上下波动、升温缓慢,能延缓煤自燃进程。通过对煤自燃动力学参数分析,拟合得出了两类煤样的ln((dT)/(dt))和-1/(RT)关系,干燥煤样的ln((dT)/(dt))和-1/(RT)基本呈线性关系,新鲜煤样则只在水分蒸发阶段前呈线性关系。干燥煤样和新鲜煤样在低温时期的活化能基本相同,即煤样原始水分对煤自燃倾向性鉴定没有影响。     

浸水对煤氧化活化能和热效应的影响

为了研究浸水对煤自燃的影响,选取不同变质程度的煤样,制备相同含水率的原煤和浸水煤样进行红外光谱和热重实验。对比分析红外光谱,发现浸水煤的活性基团增多,氧化活性高于原煤。应用TG曲线,基于判定煤自燃难易的着火活化能理论,研究了原煤和浸水煤在氧化自燃过程中的活化能变化,结果表明浸水煤的失水活化能增加到原煤的1. 01～1. 29倍,说明在受热条件下浸水煤中的水分更难蒸发出来;浸水煤的着火活化降低为原煤的0. 51～0. 89,说明浸水煤干燥后更容易发生自燃;浸水前后煤的燃烧活化能基本不变,说明浸水过程不影响煤的燃烧阶段。通过DSC曲线,分析了原煤和浸水煤在氧化自燃过程中的热效应变化,发现浸水煤的氧化放热量升高至原煤的1. 04～1. 59倍,从热量变化的角度说明浸水煤更容易自燃。     

蒙西侏罗纪煤层自燃机理参数测定分析研究

为了准确分析我国蒙西地区煤层自燃机理、剖析煤炭自燃微观特性,采用煤的工业分析、静态吸氧量以及程序升温实验方法,研究煤中水分、挥发分、灰分、耗氧量、煤质有机气体等生成速率对煤层自燃倾向特性的影响规律。与石炭纪煤样对比表明:侏罗纪煤层自燃倾向性与煤样中的水分、挥发分含量呈正相关,而与灰分含量呈负相关;侏罗纪煤样静态吸氧量均超过0.70 cm3/g,且高于石炭纪煤样;约130℃处始,侏罗纪煤样CO、CO2生成速率分别为0.08、0.1 t/℃,CH4来源于煤体本身,温度升高至120℃生成C2H6气体、150℃时生成C2H4气体,低温氧化阶段蒙西侏罗纪煤氧化复合作用更加剧烈。     

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。     

浸水风干烟煤微观结构及自燃升温特性实验研究

为研究浸水风干烟煤的微观结构及自燃升温特性,选取陕西省某煤矿烟煤煤样,利用低温液氮吸附仪与热重分析仪,对浸泡30、60、90 d后25℃恒温干燥72 h的煤样和原煤样进行比表面积、孔体积和热重-微商热重的试验测试,探索长期浸水风干作用对烟煤物理特性变化及自燃升温过程活化能变化特征的影响机制。结果表明：随着浸水时间的增加,煤样的比表面积和总孔体积发生了变化;浸泡90 d干燥后,微孔对比表面积和总孔体积的贡献占比最大,且贡献占比大于其他孔径段,推测该煤样浸水90 d干燥后,煤氧反应速率越快,煤自燃倾向性更大;升温过程中,不同浸水时间煤样的特征阶段温度差和特征温度点变化不同;在燃烧失重阶段,煤体内部所蓄积的能量释放,使得活化能随着浸水时间的增加越来越低。     

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。     

基于不同含水率气煤的低温氧化实验研究

为了研究不同含水率气煤的自燃特性，通过程序升温实验系统，分别对5种煤样进行低温氧化实验。实验结果表明：在低温氧化过程中，不同含水率气煤的自燃特性参数均随温度的升高呈指数变化趋势；煤样的CO与CO₂体积分数、耗氧速率、放热强度均表现出低含水率下大于原煤，高含水率下小于原煤的规律；在加速氧化阶段，原煤的活化能为75.7 kJ/mol,相比之下含水率为5.87%、9.81%、13.81%的煤样活化能分别降低了6.8、25.6、4.6 kJ/mol,而含水率17.85%煤样的活化能却上升了4.1 kJ/mol。研究结果表明：一定范围内水分含量越大，煤样的表观活化能越小，煤的自燃倾向性越高；而过量水分会抑制热量积聚，使煤的活化能变大，自燃倾向性变低。     

氧化煤低温氧化特性及演化规律

为了探究氧化煤的低温氧化特性及演变规律,采用程序升温实验系统,对平煤八矿煤样分别预氧化至60 ℃、90 ℃、120 ℃、150 ℃、180 ℃、210 ℃时通入N₂绝氧降温形成的氧化煤,进行低温氧化程序升温实验;为进一步揭示不同灭火条件下形成的氧化煤低温氧化行为特征,对煤样预氧化至120 ℃时,通入3种不同体积分数N₂灭火后形成的氧化煤,开展低温氧化程序升温测试,测定这两类氧化煤低温氧化过程耗氧速率、标志性气体(CO、CO₂)产生率以及放热强度的变化规律。结果表明:氧化煤的耗氧速率、标志性气体产生率和放热强度均小于原煤;预氧化至90 ℃煤样的自燃特性参数更接近原煤,说明预氧化至临界温度的煤更易发生复燃;而预氧化至120 ℃时通入N₂的体积分数越高,这类氧化煤的自燃特征参数越接近原煤,说明通入N₂体积分数越高的煤复燃能力越强。因此,开采近距离煤层群、复采工作面以及启封火区等区域的煤体时,应防范其发生复燃。     

低阶煤中含氧官能团干燥前后的演变规律

采用傅里叶红外光谱法对经不同干燥过程前后低阶煤中官能团进行研究,基于拟合处理方法分析了煤中主要官能团在干燥过程中的变化规律。结果表明,在低温干燥和高温干燥过程中,随干燥温度的增加,低阶煤中主要官能团均呈现先减少后增加的趋势。当低温干燥温度超过190 ℃,高温干燥温度超过600 ℃时,煤中主要官能团增多,表明该煤被严重氧化。在模拟烟气干燥过程中,亚甲基是低阶煤脂肪烃结构中最易被氧化的部分,烟气中含氧量越高,煤受氧气氧化作用越强。在高温600 ℃模拟烟气干燥过程中,干燥介质中的氧气主要氧化煤分子结构中的芳香烃,干燥后低阶煤的自燃倾向性最弱,不易发生复吸现象。     

浅埋综采面采空区遗煤CO产生规律实验研究

为探究浅埋综采面采空区遗煤氧化过程中的CO产生规律,本文以高家梁矿浅埋煤层为研究对象,与阳泉矿深埋煤层相对比,利用油浴升温氧化系统对高家梁矿不同煤层的综采工作面煤样和阳泉矿煤样进行了升温氧化实验.研究表明:高家梁矿浅埋深各煤样在低温40℃时消耗O2产生CO体积分数达到1×10-4;各煤样在氧化升温过程中的耗氧速率、CO...     

基于FTIR的煤层CO生成机理研究

选取不同地区、不同变质程度的4个煤样,分别在常温常压充氮气解吸、常温下空气中氧化72 h、空气中高温（100 ℃）氧化10 h条件下处理后,对样品进行傅里叶红外光谱测试,分析特征谱峰强度大小的变化和典型基团氧化生成CO的过程。在25 ℃空气氧化条件下,低煤级煤与空气中的氧发生反应,官能团变化明显,高煤级煤的反应程度很低;100 ℃氧化条件下,所有煤样均发生明显化学反应,但煤级越高,化学反应越不明显。在非氧化条件下,煤层CO产生除了来自物理解吸,还主要由羰基类基团反应生成。     

发耳煤矿近距离煤层自燃预测指标研究

为了提高发耳煤矿近距离煤层自燃预测的准确性,对发耳煤矿6个主采煤层的煤样进行程序升温实验,分别得到低温氧化阶段的临界温度、干裂温度和CO、C₂H₄等气体产生规律。通过分析煤样的耗氧速率、放热强度、气体比值与温度之间的对应关系,建立了发耳煤矿近距离煤层自燃预测及分级预警指标。结果表明:1煤层和3煤层的氧化性最强,7煤层的氧化性相对较弱。在低温氧化阶段,CO生成量随温度的升高显著增加,在110℃~120℃时开始产生C₂H₄,耗氧速率、CO产生率、CO₂产生率在70℃~80℃和130℃~140℃范围内出现2次明显的突变。通过对比、和气体比值进行分析,能消除实验条件的误差,提高近距离煤层自燃预测的准确性和灵敏度。     

浸水程度对煤自燃特性影响研究

煤矿开采过程中,地下水流入煤层裂缝,煤体受到不同程度水量浸泡,其自燃特性受到影响不利于矿井防灭火工作。为研究不同浸水程度煤体自然特性,对唐山矿0250煤层煤样进行水浸煤制作,对不同浸水程度煤样进行程序升温、低温液氮吸附、傅里叶红外光谱实验。得出实验结果：随着浸水程度的提高,比表面积下降,大孔比例增加,耗氧速率和CO、CO2产生率提高;脂肪烃基团含量降低,芳香烃和含氧官能团含量增大。实验结果表明：浸水导致煤体小孔向大孔转化,孔隙与裂隙的连接性增强,导致煤体与氧气接触面积增大,有利于对氧气的物理吸附;浸水促进过氧络合物的生成,有利于对氧气的化学吸附;随着浸水量的增加,羟基（-OH）含量提高,煤体在低温氧化阶段表现出氧化特性越明显,羰基（C=O）、羧基（-COOH）含量增加,导致煤体氧化燃烧阶段氧气消耗量、耗氧速率及CO、CO2产生率提高;浸水促进了煤体内官能团的相互转化。     

神府煤固定床低温热氧化降解研究

在固定床反应器中研究了神府煤不同密度级组分的低温（60~80 ℃）氧化降解过程.研究发现：神府煤的中低密度组分（D2和D3）含有较高的长链烷基侧链,高密度组分（D4）矿物质相对富集,芳香度较高.神府煤及其密度级组分在氧气中的低温氧化降解反应活性有差异,D2密度组分的氧化降解活性最高,而D4组分氧化降解生成的CO2产率最大.腐植酸是煤低温氧化过程中的重要中间产物.随氧化时间的增加,氧化煤样的腐植酸产率增加,相应的溶胀度降低,表明煤大分子氧化降解程度增强.     

氧化煤复燃过程自燃倾向性特征规律

煤自燃是矿井安全生产中的主要灾害之一,火区启封时的氧化煤复燃问题尤其需要重视。为揭示不同氧化程度煤复燃特性,研究分析氧化煤指标性气体产生规律,并对特征官能团进行吸光度定性分析和峰面积定量分析。结果表明氧化煤自燃倾向性判定指数为I_(ym)I_(80℃yh)I40_(℃yh)I_(120℃yh)I_(160℃yh)I_(200℃yh)(ym代表原煤,yh代表氧化煤),原煤中还原性官能团多于氧化煤,含氧官能团少于氧化煤,低温氧化析出指标性气体速率大于氧化煤,氧化煤较原煤与氧结合能力减弱,煤自燃倾向性降低,80℃氧化10 h后的煤气体析出速率较其他温度更接近原煤,还原性官能团亦接近原煤,煤自燃倾向性更高,更易复燃。基于以上研究,确立了不同氧化程度煤复燃规律。     

基于~1H-NMR的胜利褐煤原位低温干燥过程中弛豫时间及孔结构变化

传统煤水分测定对煤样有破坏,同时BET法在煤孔结构测试中也遇到许多困难。利用1H-NMR研究褐煤低温干燥过程中水分赋存状态及孔结构变化,包括原位干燥过程中褐煤水分横向弛豫时间T2的动态发展及孔结构变化规律。结果表明:空气自然干燥状态下,胜利褐煤中不冻水和束缚水占绝大多数,其中束缚水结合力较弱。在50℃前,部分束缚水较易脱附;干燥后冷却样品中残余水的束缚性随处理温度的升高而增加;105℃干燥脱水后,微孔增加,中孔比例减少,大孔或裂隙增加,残余水分保留在10 nm以下孔隙中,为不冻水;此时含水孔隙仅占全部孔隙的19%,远小于原煤(58%)。1H-NMR可以在无损伤情况下连续监测煤中水分、孔结构的分布变化,更适用于煤水分及孔结构的测定。     

低温氧化处理对低变质粉煤制备型焦的影响

以低变质粉煤与煤焦油、沥青、焦煤等黏结剂为原料采用成型热解技术制备型焦,主要研究了型煤低温氧化处理对型焦产品组成结构的影响。采用TG-DTG,FT-IR,SEM等对型煤氧化过程及热解产品结构性能进行分析表征。研究表明,空气氧化过程中,型煤中的羰基、羧基等官能团会发生氧化反应生成CO和CO_2,同时脂肪烃和环烷烃的含量有所降低;重质油和沥青与氧气作用发生脱氢聚合反应,生成了芳香程度较高的稠环芳烃大分子物质。氧化处理后型煤中重质组分含量大幅减少,而沥青烯与前沥青烯含量的明显增加是型焦抗压强度提升的主要原因。低变质煤与黏结剂混合样品在空气气氛下的氧化分为两个阶段,室温~120℃主要是原料中水及少量吸附气体的逸出,120℃以后原料中的芳香类物质与氧气发生脱氢聚合反应,生成部分芳香程度较高的稠环芳烃大分子,此阶段的失重率可达到11.08%,最大失重速率峰出现在217.77℃附近。