含水量对长焰煤氧化自燃特性的影响实验研究

为研究不同含水量对煤氧化自燃特性的影响,对原煤及含水量为2%、4%、6%、8%、10%的煤样开展了程序升温实验和热重特性实验研究。综合分析了不同含水量煤样的气体产生量、质量损失、温升特征以及自燃倾向性的变化规律,指出了含水量对煤氧化自燃进程的影响。结果表明:10%以内的含水量能够使煤在较低温度条件下更容易被氧化,加快了煤氧复合反应的进程,同时水分蒸发过程吸收热量,增大了内部气压,使氧气吸附受阻,随着温度升高,氧气不断消耗,更多的活性基团不能及时的充分反应,从而延缓了煤分子进一步剧烈氧化,阻碍了煤氧复合反应的进程;随着含水量的增加煤样自燃倾向性不断下降,在含水量大于8%时下降趋势加快。     

硫对煤自燃特性参数影响的实验研究

选取硫含量不同的3种相同煤种在相同条件下进行程序升温实验,对CO、CO2、CH4产生率以及耗氧速率等特性参数进行了研究,从而进一步了解硫对煤自燃的影响,为高硫煤层自然发火防治技术提供理论支持。     

瓦斯对煤自燃特性参数影响的实验研究

选取原煤样、经过瓦斯解吸处理和通甲烷处理的3种不同瓦斯含量的混合煤样,利用程序升温实验对其自燃特性参数进行实验研究,通过对不同煤温条件下的耗氧速率、CO产生率、CO2产生率及放热强度进行分析,得到了氧化自燃过程中瓦斯对煤氧化自燃特性的影响规律,揭示了瓦斯对煤自燃的抑制作用。     

挥发分对煤自燃特性影响的实验研究

为了研究挥发分对煤本身自燃能力的影响作用,在氮气环境中对同一处采集的煤样分别在300,600,900℃高温下进行了灼烧处理,获得了挥发分不同的5份煤样;利用自制的油浴式煤低温氧化实验系统对所得煤样进行了升温氧化实验,测得了不同温度下煤样罐出口中的O2,CO,CO2等气体的体积分数;推导了煤的耗氧速率与放热强度计算公式,结合实验数据,得到了不同煤样的耗氧速率及放热强度变化情况,以此来判断减少挥发分后煤的自燃能力强弱。结果表明,相同条件下,挥发分越低,煤的耗氧速率、放热强度越小,越不易自燃。     

不同煤阶煤自燃特性的实验研究

为了研究不同煤阶煤的自燃特性,以HM褐煤、ZX长焰煤、DHS气煤、DL瘦煤、ZLS无烟煤为研究对象,利用程序升温仪和热重分析仪,对5种煤样进行气态产物、热效应和动力学特征进行分析。实验结果表明:低温氧化阶段,CO、CO_2生成量和初始产生温度随着变质程度的降低而显著增强;低温阶段放热强度的顺序依次为HM褐煤ZX长焰煤金塔气煤ZLS无烟煤DL瘦煤,活化能的顺序为HM褐煤ZX长焰煤金塔气煤ZLS无烟煤DL瘦煤,活化能随着煤变质程度的增大而显著增加,这主要是ZLS无烟煤由于含硫铁矿较高(3%),其低温阶段放热强度和活化能高于DL瘦煤。     

东山矿煤自燃特性实验研究

随着温度的升高,煤炭自燃将依次出现不同的气体.这些气体的出现及释放量基本能准确反映煤炭氧化自燃程度.在煤层程序升温实验装置基础上,结合煤自燃发火实验台模拟的结果,确定太原东山煤矿煤层自燃预报的指标气体及其对应的温度范围,为该矿煤自燃预测预报及防治提供可操作性的依据.     

温度及含水量对煤吸附甲烷特性影响的实验研究

利用瓦斯吸附常数测定仪,对高瓦斯煤样进行了温度及含水量影响吸附甲烷特性的实验研究。研究结果表明:温度与吸附常数a及温度校正系数之间呈负指数关系,与吸附常数b呈正指数变化;煤样含水量与吸附常数a、水分校正系数倒数之间呈一次线性关系,而与吸附常数b之间没有固定的关系式;最后得到煤层瓦斯含量与温度校正系数及水分校正系数之间的关系式。研究结果对于进一步研究煤对甲烷吸附特性、完善间接法测定瓦斯含量具有一定的理论指导意义。     

水分对孟巴矿煤氧化自燃特性影响的实验研究

采用程序升温实验对孟巴矿不同含水量煤样的自燃特性进行实验研究,通过对不同含水量煤样在程序升温氧化过程中,不同温度条件下的气体产生率、放热强度及耗氧速率分析,得出了孟巴煤矿煤样在氧化自燃过程中,含水量对其氧化自燃性的影响规律,确定出了孟巴矿煤样氧化自燃性最佳的临界水分含量,为孟巴矿煤层自然发火的有效预防提供了基础数据与理论支持。     

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。     

煤变质程度对煤自燃特性的影响

为了更好地研究煤变质程度对煤自燃特性的影响,选取常村无烟煤、东欢坨气煤、崔矿褐煤等5种不同变质程度的煤样作为实验对象,利用差示扫描量热仪(DSC),通过实验得到不同变质程度煤样的热流差零值点温度、吸热峰峰值温度,吸、放热速率等数据。研究表明：变质程度越高的煤,其热流差零值点温度越高,吸热峰峰值温度越低;变质程度最高的无烟煤吸、放热速率最慢,变质程度最低的褐煤吸热速率最快。变质程度高的煤更不容易自燃。     

过渡金属对煤自燃影响的实验研究

为了分析过渡金属对煤自燃特性的影响,选用煤中含量较高的Fe、Mn、Cu三种金属离子的化合物添加到煤中进行实验研究。首先,利用热重分析法、差示扫描量热法分析了煤的着火温度、质量变化、表观活化能、放热量参数;其次,根据氧化过程中指标性气体的释放情况来分析三种金属离子对煤自燃的影响;最后,通过红外光谱测试分析了三种金属离子对煤低温氧化过程中活性基团的影响。实验结果表明：添加Fe²⁺和Cu²⁺后,分别使煤样的着火点温度降低了23℃和20℃,并降低了煤氧反应的活化能,且增加了煤样的氧化放热量324.1 J/g和42.6 J/g,说明Fe²⁺对煤自燃的促进作用最强,Cu²⁺对煤自然氧化前期影响明显,而Mn²⁺对自燃过程中的特征温度、放热量和气体释放量影响较小。通过红外光谱测试得到Fe²⁺和Cu²⁺加速了煤低温氧化过程中-COOH、-CH₃、-CH₂-和-OH活性结构的反应,而Mn²⁺     

空气湿度对煤自燃影响的实验研究

为测定空气湿度对煤自燃的影响,应用煤自燃程序升温实验,测定温度相同的煤在不同湿度空气下发生氧化反应的各种气体参数,从而研究不同湿度的空气对煤自燃的影响。结果表明,在煤自燃的初期,空气湿度对煤自燃影响不大,但会促进CO_2的生成;从整体上来说水蒸气对煤的自燃有一定的抑制作用,但从CO浓度相对比率和两组煤样的温差上来看,水蒸气对煤自燃的影响呈现为从促进到抑制的趋势。     

不同变质程度煤自燃特性实验研究

利用程序升温实验装置对不同变质程度的煤进行氧化升温实验,对实验过程中的临界温度变化,CO、CO_2、CH4浓度变化等的关系进行分析。分析结果表明:煤的临界温度随煤的变质程度增加而升高64.79℃(长焰煤)、69.86℃(不黏煤)、71.23℃(气煤);CO、CO_2、CH43种气体升温过程中的浓度变化随变质程度的增加而减小;煤的氧化自燃倾向性在一定程度上随煤的变质程度的增加而降低。     

次磷酸盐对煤自燃的阻化特性实验研究

为了探究次磷酸盐阻化剂对煤自燃氧化的抑制特性,制备了原煤样以及浓度分别为15%、17%、20%的次磷酸钠、次磷酸铝阻化煤样。采用程序升温氧化实验、阻化率计算和同步热分析实验,分析了次磷酸盐阻化剂对煤自燃过程中CO生成的影响,确定了各磷酸盐阻化剂的最佳浓度,分析了其抑制煤自燃氧化的热失重特性及放热特性。结果表明:次磷酸盐阻化剂能够抑制煤自燃过程中CO的生成,其最佳阻化浓度均为20%;次磷酸盐阻化剂可显著提高煤的着火温度、燃尽温度等特征温度点,其中次磷酸钠阻化剂的阻化效果优于次磷酸铝阻化剂。此外,次磷酸钠阻化剂能够显著提高煤自燃初始放热温度和最大释热功率温度,降低煤自燃最大释热功率和总放热量。     

二氧化碳对煤自燃特性的影响规律

为了解决矿井煤火灾害对煤炭资源、生产设备、通风系统和大气环境造成的严重破坏,深入研究二氧化碳对煤样自燃特性影响规律,采集大柳塔矿煤样,利用热分析仪研究不同二氧化碳体积分数条件下煤样特征温度、放热量、表观活化能的变化情况。实验结果表明:随着氧气体积分数的增加,煤样特征温度对于二氧化碳体积分数的敏感性降低;二氧化碳体积分数越高,煤表面所能够形成的保护膜分布越广,厚度越高,对煤的氧化放热所带来的影响也不同;煤样的表观活化能随二氧化碳体积分数比例的升高而增加,且煤的表观活化能与二氧化碳体积分数的敏感性不同;煤样中二氧化碳的注入有效地抑制了煤自燃现象的发生。     

煤二次氧化的自燃特性实验研究

为了研究不同程度的预氧化对煤二次氧化的影响,采用程序升温试验装置先对2组煤样分别进行不同程度的预氧化,再与未做任何处理的原煤样共同程序升温至170℃。结果表明:预氧化温度越高,煤样生成C2H4和C3H6所需温度越低;通过对低温氧化阶段煤分子活化能的计算,得出预氧化170℃的煤样自燃倾向性最强;预氧化75℃的煤样,最大放热强度和耗氧速率大幅度提高,且超过预氧化170℃的煤样及原煤样。     

煤自燃程序降温特性参数的实验研究

为了掌握煤自燃降温过程特征,运用可控程序升温实验装置,研究分析了大佛寺煤矿煤样在升温后降温过程中气体产生情况及变化规律,并与升温过程中实验结果进行了对比分析。实验结果表明,降温过程与升温过程中煤自燃特性参数有显著差异;含氧气体在升温和降温实验中出现温度和消失温度相同;含氢气体出现和消失的温度差异较大,主要体现在临界温度以后。     

风量对煤自燃极限参数影响的实验研究

为了研究不同的风量条件对煤自燃极限参数的影响,采用煤自燃程序升温实验系统,测试了5种不同风量条件下煤样的耗氧速率、CO产生率、CO_2产生率和放热强度,在此基础上计算煤自燃极限参数并分析其变化规律。实验结果表明:不同的供风量导致煤体的氧化放热强度不同,在风量为60 m L/min的情况下煤体放热强度最大;煤自燃极限参数随风量的变化可以分为2个阶段:风量在40 m L/min之前,煤样的最小浮煤厚度和下限氧浓度均随风量的增加而减小,煤样的上限漏风强度随风量的增加而增加。风量在40 m L/min之后,最小浮煤厚度和下限氧浓度随风量的增加近似呈线性增加,上限漏风强度随风量的增加近似呈线性减小,说明在井下开采过程中要注意风量的调节,使煤的自燃极限参数向不利于煤自燃的方向发展。     

贫氧条件下煤自燃特性实验研究

针对煤矿井下采空区等高自燃危险性区域内氧浓度通常较低的情况,选取上湾矿12号煤层煤样作为试验样品,分别开展了供氧浓度5%,8%,11%,14%,17%和21%条件下的程序升温实验,分析了CO,CO_2和C_2H_4的生成规律,测算了不同供氧浓度条件下的自燃临界温度,探讨了自燃临界氧浓度。结果表明:随着供氧浓度的降低,相同煤温条件下氧化产物的生成量减小,C_2H_4首次出现的温度延迟;根据C_2H_4首次出现温度和自燃临界温度的变化规律判断上湾矿12号煤层的临界氧浓度为8%。研究结果对采空区自燃三带观测时氧浓度下限判定指标的选取和井下贫氧环境中煤自燃火灾的预测预报研究具有一定的指导意义。