低阶煤中含氧官能团含量对浮选吸附概率的影响规律

为了提高低阶煤的疏水性和可浮性,实现低阶煤的高效浮选提质,本研究用3种不同类别的表面活性剂(CTAB、SDS和Span-80)对平朔长焰煤和胜利褐煤煤样进行改性处理,采用离子交换法测定改性前后煤样中含氧官能团的含量,测定了各煤样在气泡上的吸附概率,并对表面活性剂改性低阶煤的规律和机理进行了分析,认为含氧官能团含量是影响煤的疏水性和可浮性的重要因素,通过表面活性剂改性可以对低阶煤表面的含氧官能团产生有效的掩蔽作用,提高低阶煤的疏水性,促进其在气泡上的吸附;氢键对表面活性剂在低阶煤表面的吸附起最主要的作用,表面活性剂极性端官能团的种类及其与煤中含氧官能团之间的氢键作用强弱对表面活性剂的改性效果起决定性作用。     

煤尘表面含氧官能团对煤尘润湿性能的影响

采用光学接触角测量仪,测量了不同煤质的微细煤尘对去离子水以及添加氯化钙、水玻璃、丁二酸纳、十二烷基磺酸钠、十二磺基硫酸钠等表面活性剂水溶液的润湿接触角。通过红外光谱技术,对煤尘表面的化学结构特别是含氧官能团进行了测量,并分析了其对颗粒表面的表面活性剂溶液润湿性能的影响,同时对不同煤质微细煤尘进行了工业分析,建立了煤尘润湿性与煤尘煤质参数及其表面含氧官能团含量之间的耦合关系,研究发现煤尘的固定碳含量、表面含氧官能团中的羰基基团、游离OH基团对煤尘的润湿性能具有显著的影响。     

活性炭纤维湿氧化改性表面含氧官能团的变化规律

根据Boehm滴定方法,测定了不同双氧水浸渍浓度、浸渍pH和浸渍时间条件下制备的改性黏胶基活性炭纤维表面3种主要含氧官能团含量,得出了含氧官能团随浸渍浓度、pH和时间的变化规律;利用TG/DTA分析技术表征了改性前后样品表面的含氧官能团及其稳定性.研究表明,改性后活性炭纤维表面含氧官能团含量均有不同程度的增长,3种官能团总量最高达到2.401 mmol/g;浸渍浓度对含氧官能团含量影响最大,pH次之,时间影响最小;热分析结果证实,相比原样而言,改性样品表面含有更多类型和数量丰富的含氧官能团.     

煤表面官能团对CH4及CO2吸附性能的影响规律研究

煤表面官能团对CH_4以及CO_2吸附性能的影响已得到印证,但不同官能团类型对2种气体吸附行为的具体促进与阻碍作用以及影响因素尚未有定论。利用密度泛函理论,通过计算不同官能团化结构对CH_4以及CO_2的吸附能数据,揭示了表面官能团对CH_4以及CO_2吸附性能的作用规律。结果表明:无论是在经官能团修饰的结构中还是无官能团化碳-Layer结构中,CO_2的吸附能均大于CH_4,表明CO_2与煤大分子结构间的作用均大于CH_4。CH_4在CH_4/CO_2竞争吸附的吸附能模拟中,吸附平衡距离大于单一CH_4分子吸附模拟平衡距离;CO_2在CH_4/CO_2竞争吸附的吸附能模拟中,吸附平衡距离小于单一CO_2分子吸附平衡距离,CO_2表现出竞争吸附优势。CH_4在不同含氧官能团化结构中吸附能大小的顺序为羰基-Layer结构(-23.64 k J/mol)羟基-Layer结构(-19.44 k J/mol)羧基-Layer结构(-18.28 k J/mol),上述吸附能均都小于CH_4在无官能团化C-Layer结构中的吸附能(-25.37k J/mol);含氧官能团的存在削弱了煤体的CH_4吸附性能,且影响强弱与官能团的碱性与疏水性有关。CO_2在不同含氧官能团化结构中吸附能大小的顺序为羧基-Layer结构(-36.33 k J/mol)羟基-Layer结构(-34.06 k J/mol)羰基-Layer结构(-33.43 k J/mol),上述吸附能均大于CO_2在无官能团化碳-Layer结构中的吸附能(-32.54 k J/mol));含氧官能团的存在提高了煤体的CO_2吸附性能,且影响强弱与官能团的极性有关。吡啶氮官能团化结构中CH_4的吸附能为-31.00 k J/mol,大于无官能团化碳-Layer结构中CH_4的吸附能;吡咯氮官能团化结构中CH_4的吸附能为-6.40 k J/mol,,小于无官能团化碳-Layer结构中CH_4的吸附能。CO_2在吡啶氮官能团化结构与吡咯氮官能团化结构中的吸附能分别为-50.56 k J/mol与-14.71 k J/mol。含氮官能团对煤体结构吸附CH_4和CO_2的阻碍与促进作用具有相同的规律,即吡啶促进吸附而吡咯阻碍吸附。     

褐煤碳结构与含氧官能团分析方法研究

针对褐煤的结构特点（无定型碳结构和高氧含量等）,介绍了其各种含氧官能团和碳结构的分析方法,对化学滴定法、傅里叶变换红外光谱（FT-IR）和X-射线衍射（XRD）光谱分析方法进行了说明和比较;重点解释了一种使用傅里叶变换拉曼光谱（FT-Raman）半定量分析褐煤及其衍生半焦炭结构的方法。根据褐煤及其半焦炭的碳结构特征,Raman光谱被解析为具有一定物理意义的10个子峰,试验证明该方法能够有效地半定量分析无定型碳结构中的分子结构信息。     

基于水蒸气吸附模型的低阶煤与高阶煤吸附水特性差异研究

掌握煤-水相互作用,对于煤层瓦斯抽采与灾害防治具有重要意义。为此,结合16种水蒸气吸附模型及煤的物化特性分析,开展了低阶煤和高阶煤的水蒸气吸附行为研究。结果表明:改进GAB模型能较好地表征煤吸附水行为,低变质程度长焰煤的第1层饱和吸附能力明显强于高变质程度无烟煤,而2煤样的多层水分子吸附特性差异较小;运用Dent模型和Freundlich模型分析发现,随着湿度的增加,煤吸附水行为是单层吸附、多层吸附、毛细凝聚的依次演变过程;低阶煤与高阶煤的水吸附行为差异与2种煤的含氧官能团数量和孔隙发育程度密切相关。     

含氧官能团对褐煤热态提质型煤防水性的影响

防水性是反映型煤质量的重要技术指标,为研究含氧官能团对褐煤型煤防水性的影响,对6种不同工况下所得褐煤热态提质型煤进行了浸水试验,测定吸水率和吸水速率;采用傅里叶变换红外光谱仪(FTIR)表征了含氧官能团在褐煤热态成型前后的含量变化。结果表明,褐煤型煤含氧官能团的减少能够提高型煤的防水性,其贡献大小依次为:羧基、酚羟基和羟基、羰基和醚氧基,其中羧基是与型煤表面性质关系最为密切的官能团。     

电脉冲对烟煤官能团及甲烷吸附特性影响研究

利用电脉冲致裂煤体增渗实验系统,对贵州轿子山煤矿烟煤进行电脉冲致裂实验,并结合工业分析、傅里叶红外光谱测试和等温吸附实验方法,研究了不同击穿电压条件下电脉冲致裂煤体的电流峰值、煤体官能团结构和吸附甲烷能力的演化规律。结果表明:煤样电脉冲击穿煤体的过程主要经历了热击穿、电击穿和残余阶段,同时,击穿煤样的电流峰值随着击穿电压的升高而增大,且呈现指数化趋势;电脉冲击穿煤样的官能团结构发生明显变化,CH吸收峰随着击穿电压的增加而升高,C=C、-CH_(3)、-CH_(2)、-OH吸收峰随击穿电压的提高而降低;电脉冲击穿煤样的甲烷极限吸附量a值都比原煤低,煤样吸附常数b值随击穿电压增加呈现出波动式的变化,表明电脉冲击穿煤体后,明显降低了煤样对甲烷的吸附能力,有利于煤层气的高效开采。     

CH_4,CO_2和N_2多组分气体在煤分子中吸附热力学特性的分子模拟

为进一步明确煤分子吸附多组分气体的热力学机制,应用巨正则系综蒙特卡洛(GCMC)模拟方法,从热力学角度研究了不同温度下等比例CH_4,CO_2,N_2多组分气体在煤分子模型中的吸附行为。研究表明:在晶胞内CH_4呈点状分布,CO_2呈簇状分布,N_2呈带状分布; 3种气体的吸附量、吸附热、吸附熵关系均为CO_2CH_4N_2,吸附势能CO_2CH_4N_2;吸附量与吸附热呈线性正相关关系,吸附热与温度无明显关系;煤分子吸附CH_4,N_2,CO_2的吸附势能与其吸附量成反比,吸附势能不仅受煤分子表面自由粒子色散力影响,也受吸附焓和吸附熵的影响;相同条件下,3种气体的吸附熵与吸附量和温度均呈负相关关系;吸附热力学参数能用来表征煤分子的吸附特性,从热力学角度证实煤分子吸附CO_2优于CH_4和N_2。     

煤自然发火气体指标及其有机官能团响应特征研究

为了探究煤自然发火气体产物与有机官能团的内在关联,通过程序升温实验和原位红外光谱实验,分析了低温氧化阶段煤自燃气体产物释放规律,阐述了煤自燃过程的微观结构变化特征,预测了高温阶段气体产物变化。结果表明,煤自燃的临界温度及干裂温度分别为50℃和90℃,释放的碳氧气体及烃类气体随温度升高呈现抛物式增长。临界温度后,各类官能团呈现不同的变化规律,其中,含氧官能团、羟基和脂肪烃变化最明显。通过灰色关联度方法,计算出不同官能团和气体产物的关联度,发现羰基(C=O)是影响碳氧气体和烃类气体最主要的官能团。最后结合官能团在高温阶段的含量变化,推测出煤样在高温阶段释放的气体浓度呈现先增多后减少的趋势。     

CO在煤体表面的物理吸附特性模拟研究

文章以CO作为研究对象,采用量子化学方法,基于密度泛函理论(DFT),选取B3LYP/6-311G基组,模拟研究CO在煤表面不同位置的吸附特性。模拟计算结果表明:CO能够在煤体表面发生物理吸附,CO在羧基上吸附时,释放的吸附能约为151.17kJ/mol,说明吸附作用较强;而CO在煤表面其他位置吸附,吸附能为负值,说明CO需要从外界吸收部分能量才能发生吸附,即CO能够在氧化程度比较高或者高温区域附近的煤体表面吸附能力较强。     

补连塔矿煤样的孔隙特征及吸附特性试验研究

为了研究补连塔煤样的孔隙特征和吸附特性,开展了煤样的低温氮吸附试验和等温气体吸附试验。通过分析低温氮吸附试验发现,补连塔煤样的比表面积明显大于变质程度相近其它煤样,且该煤样的孔径分布主要集中在小于10 nm小孔段;分析煤样气体吸附试验结果发现,该煤样的气体吸附量明显低于相同变质程度的其它煤样。分析试验结果表明,补连塔煤样的吸附特性存在明显"比表面积大而气体吸附量小"的特征,这与传统物理吸附存在较大偏差,考虑气体分子热运动,建立小孔气体分子吸附模型解释了发生该种现象原因。     

煤对气体吸附特征的研究现状及应用前景展望

在查阅大量技术文献的基础上,就煤对气体的吸附—解吸方式、特性、模型、影响因素及国内外研究现状等方面进行了综述,分析了当前我国煤的瓦斯吸附—解吸理论研究和技术应用中存在的问题和不足,并从瓦斯安全控制的角度,提出了煤层注气置换、驱替解吸的研究发展趋势和需要解决的技术问题。     

煤矿可燃性气体爆炸氧浓度的实验研究

目前对可燃性气体的临界氧浓度的研究大多数都是对单元气体进行的,通过对煤矿可燃性气体的爆炸极限氧浓度和临界氧浓度进行的实验研究,对煤矿可燃性气体临界氧浓度的影响因素进行了分析,得出的数据及结论为煤矿瓦斯的安全防爆工作提供了理论基础。     

表面酸液改性作用下的煤体瓦斯吸附特性

为研究煤体表面酸液改性对瓦斯吸附特性的影响,通过酸液浸泡方式对煤样进行改性。采用等温吸附仪对各改性煤样瓦斯吸附规律开展实验研究,并利用高压压汞仪测试各煤样的孔隙结构特征。研究结果表明：酸液改性对煤体孔隙结构有显著影响,酸化作用能够打通煤体内部孔隙,煤样经酸液浸泡后其吸附孔数量减少,中孔和大孔数量增加;随着酸液浸泡时间的增加,煤体瓦斯吸附能力曲线呈现先快后慢的非线性变化;酸液作用下,煤体瓦斯吸附能力减小,吸附速率降低。     

赵家寨煤矿瓦斯的分布特征

赵家寨煤矿煤层瓦斯分布极不均衡,瓦斯呈西高东低的特征,总体矿区东北部应属瓦斯风化带,西南部为沼气带范围。文章对煤矿瓦斯的成分含量及煤层瓦斯涌出量鉴定结果进行了论述,对煤层瓦斯分布的不均衡性特征进行了分析。     

低浓度煤矿瓦斯在多孔介质中的燃烧特性试验研究

为了解决低浓度煤矿瓦斯无法直接燃烧的问题,自行开发了多孔介质燃烧器,基于此试验系统,对三种分别为40PPI-30PPI-20PPI-10PPI,40PPI-30PPI-20PPI-20PPI,40PPI-30PPI-间隔10mm-20PPI-20PPI的多孔介质燃烧器开展试验研究,研究不同当量比、不同混气流速下的瓦斯在多孔介质组合中燃烧温度变化,并用温度变化研究燃烧火焰的移动规律。同时得出不同多孔介质组合下不同当量比所对应的脱火流速及回火流速。试验结果为多孔介质燃烧器设计提供了依据,对于利用低浓度瓦斯能源,保护环境具有重要意义。     

阳泉矿区3~#煤层气吸附—放散特性的实验研究

阳泉矿区是全国最大的无烟煤基地。主采煤层 3#煤层富含大量的煤层气 ,开采过程中煤层气涌出量较大。煤储层吸附—解吸特性是煤层气开发成败的关键因素之一。文章以实验为基础 ,研究了 3#煤层气的吸附—放散特性 ,实验表明 3#煤层气吸附过程是一个非常缓慢的过程 ,需要很长一段时间才能达到吸附平衡 ;3#煤层气产气速率主要受裂隙中气体流动的限制。增加裂隙度 ,提高渗透率是 3#煤层气开发和利用最关键的环节     

基于数值模拟的矿井人为边界煤柱留设研究

为了合理确定矿井人为边界煤柱宽度,利用FLAC数值模拟技术,根据单一煤层开采和上下煤层重复开采条件以及不同开采顺序的情况进行了模拟,结果表明,煤层开采的应力分布、塑性区分布特征不同,边界煤柱所需留设宽度也不同,宽度达到40～50 m以上。重复采动条件比单一煤层开采条件所需的边界煤柱宽度大10 m左右。数值模拟结果与《煤矿防治水规定》中煤柱宽度不小于40 m的规定相吻合,且更加明确,更具实际指导意义。     

高原矿山独头巷道增氧通风数值模拟研究

以海拔高度为4 200 m的高寒缺氧环境自然条件为依据,对独头巷道增氧通风设计中的相关参数进行了计算。采用CFD方法模拟了供氧浓度为30%~50%条件下独头掘进巷道内增氧通风过程,分析了供氧量与供氧浓度的关系。为高原矿山巷道掘进供氧方案的制定提供了依据。