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。     

煤自燃发展过程微观反应机理函数

煤的自燃机理是煤自燃防治的理论基础。现有的煤自燃机理函数在煤的高温氧化阶段拟合的较好,但在低温氧化阶段,由于动力学特性参数测试求解的准确性导致拟合效果较差。采用微量热仪C80,测试了煤样从室温到200℃的不同升温速率下的低温氧化产热特性。基于煤产热特性,得到了煤样在低温氧化过程中动力学特性参数随着反应进程的实时变化规律,确定了煤低温氧化过程的动力学机理函数即一维扩散(D1)机理函数,微分形式为f(a)=1/2a。     

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。     

煤自燃过程特性及防治技术研究进展

煤炭是我国的主体能源,但煤炭开采面临着有煤自燃灾害的严重威胁。煤自燃不仅烧毁大量煤炭资源,还易引发瓦斯燃烧、爆炸等重特大事故,造成巨大的经济损失和重大的人员伤亡。为了进一步提高煤矿企业对煤自燃灾害的防控能力,推动我国煤炭资源的安全高效开采,分析了煤自燃理论的研究现状,总结了煤自燃监测预警的主要方法和技术,对比分析了煤矿常规的防灭火技术,介绍了煤自燃防治技术的最新发展及应用效果,并提出了煤自燃过程特性及防治技术的未来研究方向。较详细地阐述了煤自燃过程及特性理论基础,主要包括煤自燃的低温氧化过程机制、煤自燃分段过程特性及特殊条件下的煤自燃特性;较全面地总结了包括标志性气体方法、测温法等多种煤自燃监测预警技术的原理以及各类技术的优缺点。在上述煤自燃理论和监测预警基础上,针对常规注浆、注惰气等技术对煤自燃防控效果有限、难以满足矿井安全高效开采的问题,研发了三相阻化泡沫、凝胶泡沫、无机固化泡沫、稠化砂浆等防灭火技术,同时介绍了液氮(液态二氧化碳)快速灭火降温技术。此外,为了满足煤矿智能化、精准化开采对矿井煤自燃防治的新要求,在矿井火灾监测指标信息化与预警智能化、火源辨识与防治技术控制精准化、防灭火材料绿色化等方面提出了下一步的研究展望。     

党家河矿煤自燃临界温度及自燃倾向性研究

应用程序升温实验测得氧化动力学参数,分析党家河矿煤自燃临界温度及自燃倾向性,结果表明:测试煤层的煤自燃临界温度为78.96℃,干裂温度为109.99℃;根据公式计算确定了测试煤样煤层属于Ⅱ类自燃煤层,并根据C_2H_4气体出现时对应的温度验证了煤自燃临界温度的可靠性。     

基于传感器的煤自燃倾向氧化动力学测温电路设计

煤自燃具有一定的不稳定性,自燃温度和氧化程度随环境变化较大。以煤自燃倾向氧化动力学理论为基础,设计了煤单元温度测量电路,实现了电路的软、硬件单元设计。为了提高测量精度、克服煤自燃温度变化的非线性问题,文章采用分区插值函数进行分段线性计算,取得了高精确度效果。通过煤自燃倾向温度测量实验,验证了该传感器电路的稳定性、高精度以及可靠性。     

植酸抑制煤自燃的热分析试验研究

煤中的金属元素对煤自燃氧化具有明显的催化作用,含磷化合物作为１种重要的环境友好型阻化剂受到广泛关注.基于此,选取含磷量较高且具有金属螯合能力的生物基植酸作为阻化剂,选用３种不同浓度的植酸溶液,采用ICPＧMS测试植酸对煤样中金属元素的螯合作用,并对原煤和阻化煤样进行热重 差热联用(TG/DTGＧDSC)试验,分析植酸的阻化效果.结果表明:植酸可有效螯合煤中 Ca、Fe、Mg、Mn等促进自燃的金属元素,浓度越高螯合效果越明显;植酸液体推高了煤失重过程中的特征温度点,尤其提高了煤样自燃过 程 中 动 态 平 衡 阶 段 的 温 度,活 性 温 度 点 提 高 了２０．５℃,同时不同程度提高了初始放热温度、放热速率最大温度,对最大放热量有着明显的抑制效应,且植酸浓度越高,阻化效果越好,说明植酸降低了煤的氧化反应活性,抑制煤对氧的化学吸附,从而延缓了煤的自燃.研究结果可为具有螯合作用的含磷化合物抑制煤自燃的研究和推广提供借鉴.     

复合阻化剂抑制煤自燃的红外光谱实验研究

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,选用褐煤和气煤制备阻化煤样进行对比实验。通过傅里叶红外光谱系统对比褐煤和气煤的原煤煤样与阻化后煤样的活性基团变化规律,开展指标气体测试,验证复合阻化剂对煤自燃的阻化效果。结果表明:聚丙烯酸钠—花青素复合阻化剂对褐煤及气煤自燃过程均起到持续抑制作用,在煤自燃的链式循环反应中,阻化剂阻断了煤氧化学吸附过程中过氧化自由基向碳氧双键中间产物的转化反应,使不稳定的过氧化自由基转化为氢过氧化物并进一步分解生成醇和水,使循环反应终止。聚丙烯酸钠—花青素复合阻化剂有效降低了煤的自热氧化能力,在煤自燃氧化的过渡阶段有显著抑制效果。     

采空区煤体自燃温度场演变模拟试验研究

为研究工作面采空区遗煤自燃过程中温度场的演变规律,基于几何相似原则及煤自燃原理,研发了采空区温度场分布规律相似模拟试验装置,将现场采集的大块煤样进行破碎后,选择粒径≤30mm的混煤进行填充,设置热源和测点,模拟采空区煤自燃火源热传递过程,研究松散煤体内部温度场分布规律,热源温度对松散煤体热量传递规律的影响以及Y型通风采空区煤体温度场分布规律。试验结果表明:无对流条件下,热源向周围煤体的热量传递呈各向同性特征,随着热源温度的增加,热源在松散煤体内的热量传递能力以非线性的形式快速增加,增速越来越大;恒温热源周围某测点的温度与恒温热源的距离和时间的关系,在测点距离或加载时间小于抛物线对称轴数值时,符合二次函数关系,在测点距离或加载时间大于抛物线对称轴数值时,测点温度基本稳定;煤自燃过程中的高温点会以加速度方式向氧气富集区域迁移,受火风压吸风效果影响,火源上部区域迁移效果更加明显。     

悬移支架放顶煤工作面自燃发火防治

通过对悬移支架放顶煤工作面自燃发火隐患的处理,对比分析了悬移支架放顶煤工作面采取的综合防灭火措施的效果、优缺点,总结了在防治自燃发火过程中的深刻教训,提出了对易自燃发火煤层采用简易放顶煤回采工艺时的独特观点.