高温氧化条件下风化煤自燃特性试验研究

为掌握煤层露头火灾的发展演化规律,采用高温程序升温试验系统模拟了风化煤的高温氧化自燃过程,得到了从常温到650℃高温氧化过程中的宏观自燃特性及其表征参数,并应用指标气体的增长率分析法确定出风化煤高温氧化的特征温度点。结果表明:风化煤在高温低氧浓度条件下仍能持续发生氧化反应,并放出大量的热量,来维持其自燃;风化煤内含有的腐植酸会随着煤温的升高,逐渐发生热分解反应,从而导致氧化反应,产生的CO_2、CH_4、C_2H_4、C_2H_6浓度增加,且CH_4、C_2H_4、C_2H_6浓度随煤温的变化规律相似,由于风化煤受到化学风化作用,使这3种气体在低温阶段的浓度都比较小,之后随着温度的升高而迅速增大;此外,煤样粒径0.9 mm时高温氧化产生的CO浓度,比其他粒径下的CO浓度总体上都大;在400~590℃,煤样粒径为7~10 mm时,高温氧化产生的CO浓度最小。     

平朔矿区煤自然发火指标气体选择的试验研究

以平朔矿区4个煤层煤样为研究对象,利用程序升温试验重点研究CO、C2H4、H2气体在煤氧化自燃过程中的变化规律,同时也对同一矿井的不同煤层、同一煤层不同矿井的气体变化规律进行了对比分析。试验结果表明：平朔煤产生c0的临界温度为60—70℃,C2H4出现的温度为120℃左右,H2生成的临界温度为90℃,且生成量随煤温的上升呈先增大后减小的变化趋势。因此,平朔矿区检测煤炭自燃的标志气体应以CO和C2H4为主、H2为辅。     

无烟煤在无氧程序升温过程中CO生成规律研究

为给煤矿井下火灾监测和预警提供依据，需要监测引起火灾的标志性气体浓度等。通过热重和红外实验分析了无烟煤在无氧程序升温过程中CO的产生与变化规律。结果表明，实验中无烟煤有2个阶段失重较快，第一阶段温度为30～200 ℃，该阶段无CO生成；第二阶段温度为 400～700 ℃，是产生CO的主要阶段，最高浓度约26.9×10^-6。实际生产中，采煤机滚筒截齿与煤体碰撞的瞬间产生高温，导致煤分子中的某些共价键断裂，从而产生CO，说明高速运转的滚筒截齿与煤体碰撞过程可以产生CO，从而引起火灾危险性，需引起注意。     

潘一东矿煤层氧化升温模拟实验研究

为掌握潘一东矿煤层自燃产物产生规律,为建立自然发火早期预报指标体系提供依据,本文利用自主研制的实验装置对潘一东矿11号煤层的煤样进行了氧化升温模拟实验,分析了煤样升温过程中CO、C_2H_4生成量随温度变化的规律,实验结果表明:煤样在较低的温度条件下就产生CO,其绝对生成量在整个氧化过程中单调递增,但其增幅在不同温度条件下是不均匀的,存在着突变温度点;C_2H_4首次出现温度在101℃,在101℃~230℃之间单调递增,在230℃以后其产生量出现了波动。     

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。     

煤直接液化中油煤浆热溶产物的变化

在高压釜中用不同溶剂在不同温度下（250~370 ℃）考察了神华煤、新庄煤和Westerholt煤热溶产物的变化.结果发现：这3种煤的热溶行为不同,故热溶产物的组成也不同.神华煤以前沥青烯为主,随温度升高,神华煤热溶产物沥青烯生成量变化较为平稳,而前沥青烯生成量逐渐上升,到370 ℃时前沥青烯的生成量已增加到19.9%.新庄煤在低于310 ℃时两种中间产物相差不大,在高于310 ℃以后,沥青烯的生成量增加很快,逐渐占主导作用,其中间产物以沥青烯为主.Westerholt煤的热溶行为与新庄煤类似.采用红外光谱、固体核磁共振对神华煤及其热溶中间产物与抽余煤分析可知,神华煤经热溶处理后,脱除了一些含氧官能团以及某些脂肪烃结构,此外还发现热溶中间产物、抽余煤与原料煤的基本有机结构相似,表明热溶中煤的主体结构尚未发生变化.     

煤自燃过程温升特性及产生机理的实验研究

为了研究煤在自燃过程中会出现温度上升突然加快所产生的原因,为煤矿现场煤炭自然火灾的防治工作提供理论依据,采用绝热法、程序升温法对北皂褐煤氧化过程中自热升温特性、耗氧、CO,CO2气体产物特性的研究,提出煤的氧化过程具有分阶段性,主要可以分为2个阶段:低温缓慢氧化阶段和高温快速氧化阶段;并采用原位傅里叶红外光谱实时连续地采集了北皂褐煤表面主要活性官能团在氧化过程中的变化规律。实验结果表明:煤的分阶段特性主要是由于OH的反应导致的,OH反应吸热是低温阶段热量难以积聚的主要原因,当OH反应消耗殆尽时,煤中热量迅速积聚,煤温迅速升高。     

高地温环境对煤自燃危险性影响试验研究

为了掌握高地温环境对煤自燃的影响规律,基于程序升温试验,测试分析了恒温40℃处理后升温煤样和常温条件下升温煤样的自燃特性参数,并利用CO浓度随温度变化求解煤体表观活化能的计算模型,对比分析了2组煤样在不同温度阶段的表观活化能变化规律。试验结果表明:高温处理后升温的煤样耗氧速率、CO产生率、CO2产生率和极限放热强度均高于常温条件下升温的煤样,且随着温度的升高该趋势越发明显,同时,其表观活化能均低于常温条件下升温煤样,尤其在低温阶段差异较大,表观活化能更低,说明高温环境导致煤体氧化放热性增强,氧化反应所需能量更低,同等条件下氧化反应速度更快,更容易氧化升温发生自燃,自燃危险性增大。     

煤低温氧化过程中自由基浓度与气体产物之间的关系

利用煤低温氧化装置和顺磁共振实验,研究了褐煤、气煤、气肥煤和无烟煤在不同氧化温度下气体及自由基的变化规律,宏观和微观相结合来揭示煤自热低温氧化规律。研究结果表明：煤低温氧化过程中,煤被氧化分子侧链断裂,产生气体与自由基,生成的CO,C 2H 4标志性气体生成量随温度增加而增加,相应地自由基浓度也随氧化温度的增加而增加。煤被氧化生成CO,C 2H 4标志气体量与自由基浓度呈阶段性规律：低温氧化蓄热阶段,CO气体生成量小或未出现CO气体,此时自由基浓度变化小;从开始出现CO至出现C 2H 4气体的氧化自热阶段,CO生成量随氧化温度缓慢增加,而自由基浓度也逐步增加;从出现C 2H 4至出现H 2气体的深度氧化阶段,CO和C 2H 4生成量随氧化温度增加而快速增加,自由基浓度随氧化温度增加而增幅变小。     

同一煤层煤和煤矸石氧化过程中自由基及CO的变化规律研究

为探究同一煤层的煤和煤矸石的自然氧化规律,基于电子自旋共振波谱仪和气象色谱仪,测定了煤和煤矸石在氧化过程中的自由基浓度、g因子、谱图线宽和氧化产物CO的变化规律,并对煤和煤矸石的差异进行了比较。结果表明:随着氧化温度的升高,煤和煤矸石中的自由基浓度均不断增大,煤中的自由基浓度快速增加的临界温度为75 ℃,而煤矸石的临界温度为125 ℃;在氧化初期,煤和煤矸石的g因子变化较小且处于较低水平,煤矸石的g因子开始明显增加的温度为125 ℃,而煤的g因子为150 ℃,在125~190 ℃时,煤矸石的g因子大于煤,当温度超过190 ℃后,煤的g因子开始大于煤矸石;煤和煤矸石的ESR谱图线宽随温度的升高不断减小最后趋于稳定,最小值分别为0.592 5和0.609 2,煤的谱图线宽始终低于煤矸石的线宽;在氧化过程中,同一温度下煤氧化生成CO量高于煤矸石,且煤中CO生成量快速增加的临界温度为100 ℃,而煤矸石中CO快速增加的临界温度在150 ℃。     

低温气氛对褐煤氧化生成CO的影响研究

为探究低温气氛对褐煤氧化生成CO的影响规律,以内蒙古平庄煤矿褐煤为研究对象,采用程序升温装置、ESR扫描试验以及煤氧化动力学理论,从宏观与微观角度分析褐煤氧化升温阶段中参与反应的活性基团、官能团以及不同温度进气条件下的活化能大小、自由基浓度的变化规律。研究结果表明：低温气氛通过抑制自由基的链式反应及其激发效应来提升反应体系所需的表观活化能,从而抑制煤的氧化进程;在氧化反应初期,相较于25℃进气条件,5℃、-15℃和-35℃对氧化产物CO的抑制率达11%、41%和73%,而在研究阶段的后期,低温气氛对氧化产物CO的抑制效果不断减弱甚至可以忽略。     

胜利褐煤热解过程中结构演变及气体生成机理分析

褐煤的热解反应是褐煤利用的重要研究方向之一。为了分析褐煤热解过程中结构演变及气体生成机理,首先将胜利褐煤（SL）在固定床上进行热解制焦,利用800 ℃时SL热解气体生成速率曲线选取半焦终温,同时用气相色谱在线检测其所生成的热解气;其次结合煤焦傅里叶变换红外光谱（FT-IR）的表征进行分析,将半焦的FT-IR分峰拟合计算;最后将计算参数结合热解气生成规律,提出了热解升温过程中各反应阶段生成气体机理和气体生成过程中煤体结构的演变规律。结果表明,SL具有羟基、脂肪烃、芳环、羰基、醚键等丰富的官能团,热解温度低于350 ℃,胜利褐煤中主要官能团未发生明显变化;350~450 ℃,脂肪族侧链含氧官能团分解,热解温度450 ℃比350 ℃时煤焦中C〖CDS1〗O相对含量（C1）降低78%;560~800 ℃,热解反应主要以芳香烷基侧链含氧官能团裂解为主,热解温度800 ℃时煤焦中C-O相对含量（C2）比560 ℃时降低27%;热解温度710~800 ℃时,煤热解以缩聚反应为主,热解温度800 ℃煤焦中芳香稠和度（D2）比710 ℃时升高65%。对4种热解气生成过程进行研究分析,CO2主要来源于中低温区煤中不同结构的羧基官能团分解;高温区生成CO,来源于煤中酚类、醚类、含氧杂环等结构的分解;CH4主要由芳环侧链的甲基、亚甲基或连接芳环结构亚甲基的分解;高温区产生的约60%H2主要来自于煤中芳香结构的缩聚反应。     

不同变质程度煤燃烧阶段链烃生成规律

为研究封闭火区内不同煤种生成气体组分及变化规律,选取平庄矿褐煤、王营矿气煤、朱仙庄矿焦煤和马堡矿瘦煤为试验煤样,通过热重确定了煤燃烧阶段的温度范围。采用双管电炉自制程序升温燃烧试验对4种不同变质程度的煤进行燃烧,对生成的链烃初现温度、体积分数及氧浓度变化规律进行了分析。研究结果表明:褐煤、气煤、焦煤和瘦煤燃烧阶段温度分别为247~433,279~542,313~574和333~618℃;煤变质程度越高,则其生成链烃气体的体积分数越小且耗氧量越大。当发生火灾事故且封闭火区后,可以综合考虑煤变质程度与火区监测的链烃生成量等因素,并根据链烃气体与温度的变化规律判定封闭火区火势发展状况,为进一步开展灭火奠定基础。     

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。     

潞宁矿区2~#煤层自燃指标气体优选的试验研究

以潞宁矿2#煤层煤样为研究对象,通过程序升温试验,研究不同气体在煤氧化过程中的变化规律,具体分析了CO、C2H4、CO/CO2体积分数随温度变化特性。试验结果表明:潞宁矿区2#煤层煤产生CO的临界温度为30℃,从80℃开始CO体积分数呈持续稳定上升趋势,C2H4出现的温度为160℃左右,CO/CO2体积分数比从80℃时生成速率迅速增加。因监测中难以准确分析气体在采空区的真实体积分数,所以同一组气样体积分数比对于预测煤自燃具有重要意义。因此,潞宁矿区2#煤层检测煤炭自燃的标志气体应以CO为主,CO/CO2为辅。当煤温达30℃时,应加强CO体积分数监测;当CO体积分数达1.8×10-5,CO/CO2体积分数比为1时,应发出煤炭自燃预警并采取有效的防灭火措施。     

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...     

朱家店煤矿4~#煤自燃指标气体优选实验研究

通过现场采集朱家店煤矿4#煤层煤样,利用程序升温试验装置和气相色谱仪,研究了CO、CO2、C2H4等气体在煤氧化自燃过程中产生和变化规律,分析了φ(C2H4)/φ(C2H6)、φ(C3H8)/φ(C2H6)等烯烷比及链烷比曲线。试验证明:4#煤自燃临界温度为60～70℃,干裂临界温度为90～110℃;煤样程序升温过程中,90～110℃以后,耗氧速率及放热强度急速增加。CO、C2H4、C3H8可以作为4#煤层煤自燃指标气体,φ(CH4)、φ(C2H4)/φ(C3H8)、φ(C2H4)/φ(C2H6)为辅助指标,为朱家店矿防灭火技术应用和火灾监测及预警提供了理论支撑。