化学阻化剂对高硫煤的阻化实验研究

采用过硫酸钠对高硫煤样进行阻化处理,预先破坏或者减少煤中硫化物、活性基团,在可控的条件下,提前把煤氧复合产生的热量安全的释放,提高煤与氧低温反应的难度,从而达到防止煤自燃的目的。采用程序升温氧化法对煤样进行模拟氧化实验,用气相色谱对煤氧化产生的CO、CO2进行分析,从宏观上分析阻化前后煤样自燃特性的变化;用傅里叶-红外分析仪对煤样进行测试,从微观上分析阻化前后煤样主要活性官能团变化规律。结合宏观与微观分析得出:过硫酸钠可以作为一种防止高硫煤炭自燃的化学阻化剂。     

低变质程度煤二次氧化自燃特性试验

为了控制复采工作面的自然发火,遏制二次氧化灾害的发生和发展,采用煤自燃程序升温试验系统对选取的榆树井褐煤、玉华长焰煤、安山不黏煤和黄陵1号弱黏煤4种低变质程度煤样进行二次氧化自燃特性试验研究。结果表明:煤自燃氧化反应前期,二次氧化煤样产生的CO浓度、耗氧速率和放热强度等自燃特性参数均高于一次氧化煤样产生的量;而煤自燃氧化反应后期,二次氧化煤样的自燃特性参数低于一次氧化煤样。反应后期裂解产生C2H4,且二次氧化煤样产生的气体浓度小于一次氧化煤样。二次氧化煤样的特征温度点均向前移动,低于一次氧化煤样,说明二次氧化煤样氧化性增强,自然发火的危险性增大。     

化学阻化剂防治煤自燃及其阻化机理分析

为分析化学阻化剂防止煤自燃的阻化机理,选用质量分数为1%～20%的过硫酸钠阻化剂对煤样进行化学阻化处理,同时用清水处理的煤样作为参考。采用程序升温氧化法对煤样进行模拟氧化试验,从宏观上分析阻化前后煤样自燃特性的变化;用傅里叶红外光谱仪对煤样进行测试,从微观上分析阻化前后煤样主要活性基团的变化规律。综合分析得出：在低温阶段使用质量分数为5%的过硫酸钠阻化剂效果最好。过硫酸钠阻化剂可以促使煤中活性基团生成比较稳定的醚类、烷基类、羧酸类,可以有效防治煤自燃。     

鑫安煤矿复杂地质构造3号煤自燃规律研究

选取鑫安煤矿同一煤层不同地质构造区域煤样为研究对象,利用红外光谱分析各煤样氧化官能团的变化;利用热重实验,分析了煤氧复合过程,得到了煤样自燃过程中的特征温度及规律。红外光谱表明,不同地质构造条件下煤的氧化活性基团峰值变化规律,断层及地应力作用下化学活性键较活跃;热重实验结果表明,自燃氧化初期在断层及应力场处煤样的氧化活性和挥发性活跃,易被氧化失重;进入后期加热燃烧阶段,受地应力作用的煤样进入燃烧阶段温度点升高,失重百分比增加;煤层自燃倾向性差异受地质构造影响,同一煤层,相同工作面,不同地质构造区域煤层自燃倾向性不同,自燃氧化过程也有差异。     

采用交叉点温度法对启封煤易复燃问题的研究

针对目前煤矿由于自燃发火后直接灭火无效的情况下,常采用封闭火区的方法,启封时容易发生自燃,采用交叉点温度法对其进行研究。分别采用不同质量的煤样进行试验,获得最佳煤样质量条件下的交叉点温度,采用不同的氧化温度对煤样进行初次氧化后降温,然后再次氧化考察交叉点温度变化情况。结合红外光谱分析最终得出当煤炭发生自燃之后,自燃点中心的煤样由于煤中活性基团基本反应完全,因此较难再次自燃,但是离中心点较远,受到热量影响的煤,由于煤样物理、化学条件改变,更容易传热及吸附氧气,因此更容易发生自燃。因此煤矿发生火灾而封闭的火区,启封时要特别注意距离煤自燃中心点较远位置的煤样的防护,防止其发生再次复燃。     

基于热量特征的煤低温氧化阶段性研究

煤自燃由于煤结构的复杂性,其低温氧化过程表现出特殊性和复杂性。本文选取3种不同变质程度的煤,利用红外光谱仪研究煤中活性基团的种类及数量。得到随煤变质程度的加深,活性基团减少,含氧官能团减少;煤样氧化后反应活性较高的烷基数量大大减少,含氧官能团增加非常明显。利用综合热重分析仪研究煤低温氧化过程的重量与热量的变化,结合红外分析结果得出:煤自燃过程按照产热特点可以划分为物理吸附产热阶段、化学吸附产热阶段、化学反应产热阶段、过渡中间物分解吸热阶段、燃烧产热阶段;煤物理吸附氧气越多,产生的热量越大,煤物理吸附氧气产生的热量是煤自燃的第一动力;煤中活性基团的种类及数量决定了煤自燃的难易程度,活性基团活性越高,数量越多,越容易自燃;煤化学吸附产热阶段是煤自燃过程的控制步骤。     

基于恒温差引领升温差热法研究大佛寺煤氧化产气规律

煤低温氧化产生的指标气体初始温度和浓度的变化规律,可以用于预测煤自燃的发生发展过程,尤其是不同指标气体的产生可以用来预测煤自燃的状态。然而,由于煤是多孔物质很容易吸附气体,同时煤中含氧基团可以裂解产生气体,也就是说煤低温氧化产气路径有物理脱附、裂解和氧化产气3种,其中氧化产气初始温度反映了不同煤中活性基团的活性,对于判断煤是否发生自燃具有重要作用。但是,物理脱附产气也会在低温条件下产生,从而对煤自燃初始温度产生影响。为此,利用恒温差引领升温差热法对大佛寺煤矿的煤进行氧化实验,测试低温氧化过程指标气体的变化规律。实验结果表明,大佛寺煤矿的煤具有较大的比表面积,在煤中活性基团氧化产生气体之前,气体主要是通过解吸产生的。但煤的孔隙结构对初始产生气体的量（尤其是CO2）起决定作用,并随着温度的升高,裂解产气也会对煤中活性基团氧化产气造成一定的干扰。因此,物理脱附和裂解产气明显地扩大了氧化产气,从而造成气体和产热之间的关系失真,最终导致通过指标气体判断煤自燃的状态出现明显的错误,而恒温差引领升温差热法可以有效地去除大佛寺煤样物理脱附和裂解产气的影响,获得煤中活性基团氧化产生气体的本质,进而反映煤...     

豹子沟矿煤层自燃倾向性封闭耗氧试验研究

为了掌握豹子沟矿煤层自燃倾向性,通过对豹子沟煤矿9、10、11号煤层3种煤样进行封闭耗氧实验,重点研究煤氧化自燃特性和煤低温氧化规律。实验结果表明,易自燃煤样在封闭实验罐中氧气体积分数呈负指数衰减,CO气体呈指数增长;3种煤样的耗氧能力10号煤层9号煤层11号煤层,10号煤层煤样的自燃倾向性最大。封闭耗氧实验法能够累积煤氧化产生的微量组分气体,大大提升了实验装置的整体检测精度,有效避免了通气实验法实验结果引发的歧义性结论。     

基于红外光谱技术对煤低温氧化规律的研究

利用傅立叶红外色谱(FTIR)分析了黄陵建新煤矿4#煤层煤样在不同温度下的氧化物中各官能团的组成及变化,并对煤分子中活性基团氧化途径进行分析,揭示了煤中活性基团随氧化温度变化的规律,掌握煤自燃过程中活性基团活泼性和自燃的关系,为煤自燃的有效预防提供了理论支持。     

低变质煤种煤自燃过程中生成CO的氧化中间官能团分析

CO气体作为伴随煤自燃氧化整个过程的标志气体,对煤自燃发火的预报具有非常重要的作用,但低变质煤种正常条件就可大量生成CO气体,干扰了低变质煤层开采区域矿井煤自燃的预报工作。通过采集内蒙古平庄古山矿、神东矿区补连塔煤矿,陕西神木矿区大柳塔煤矿,宁夏灵武矿区枣泉矿,新疆大南湖矿区大南湖一矿5个典型矿井的煤样,经隔氧破碎处理后,利用隔氧程序升温和傅里叶光干涉实验,研究了5个矿区煤样隔氧升温过程中的CO产生规律;分析了有无隔氧升温过程煤样煤分子上的活性官能团种类;认为煤分子上的羰基(C=O)、羧基(-COOH)、醚(-O-CH3)等含碳氧基团是常温下低变质煤种CO气体的产生与有直接关系,即这些含碳-氧基团为低变质煤种常温下生成CO的氧化中间官能团。     

不同温度下气体竞争吸附特性对煤微观结构响应研究进展北大核心

煤矿井下瓦斯与煤自燃复合灾害是制约煤矿安全生产的主要因素,采空区遗煤自燃氧化特征与残余瓦斯和起始温度密切相关。综述了固-气吸附理论模型的研究进展,系统分析了国内外学者在多元气体竞争吸附特征、不同温度下含瓦斯煤微观孔隙结构演化及微观基团演变特征等方面涉及的研究方法、试验平台及最新进展,论述了不同温度条件下煤的孔隙特征变化特征以及大分子、官能团演变规律。     

自燃煤表面"活性基团"反应活性研究

煤自燃现象是威胁煤矿生产的重要原因,研究煤自燃微观机理对煤自燃的防治有极为重要的作用。“活性基团”是导致煤自燃的主要因素。通过计算研究,本文分析了芳香结构对“活性基团”反应活性影响程度,得出了在研究煤自燃微观反应过程中可以忽略芳香结构影响,用比较小的芳香类分子来代表煤分子表面结构的结论,为进一步研究煤自燃微观过程提供了依据。     

神府煤孔隙特征及活性结构对自燃的影响研究

利用压汞法和傅立叶红外光谱分析技术,对研究较少的神府煤样进行了测试与分析。结果表明,孔隙结构会影响煤样自燃的难易,但并不能以此判断煤样是否易燃,还要取决于煤表面活性结构的种类和数量;煤氧复合反应中,早期参与反应的活性基团主要有羟基、甲基、亚甲基及酚醇醚酯的碳氧键等活性结构;含氧官能团在SW煤样的氧化过程中起了较大的作用,说明活性结构在煤氧反应中影响较大,其中含氧官能团在煤炭自燃过程中起着关键性作用。     

煤中活性基团的氧化及自反应过程

现有的煤自燃反应模式中,煤直接氧化和煤氧吸附分解两个序列已得到证实,但其能否全面反映煤自燃过程仍存在质疑。基于这一现状,对煤中活性基团的氧化与自反应过程进行了研究。采用傅里叶变换红外光谱技术分析了不同变质程度原始煤样中基团的基本情况,从含氧基团、烷基侧链、含硫基团等类别分别对煤中原生和次生活性基团进行了分析,明确了煤中基团的分布情况。系统测试了活性基团在不同条件下的实时变化情况,从微观上论证了活性基团的自反应。采用红外光谱原位测试技术,以内置反应池为煤样载体,通过外置供气系统和控温装置模拟不同的反应条件,实时测试了供氧、无氧和无氧反应后供氧等条件下煤反应升温过程30～220℃范围内的红外光谱。研究表明：供氧反应过程中,低阶煤中活性基团在初始阶段存在先减后增现象,不同基团的拐点温度差别较大,其中,较低者40～50℃,较高者130～140℃;无氧反应过程的变化趋势与供氧反应类似,但基团数量减小25%～80%,拐点温度约降低10℃;无氧反应后煤样的供氧反应过程中,活性基团的初期减小现象基本消失。上述变化规律表明部分活性基团可在无氧条件下自发反应。供氧和无氧反应过程初期,煤中原生活性基团因反应被消耗,而次生活性基团的生成又存在滞后性,导致活性基团总量的暂时性减小;而在无氧反应后的供氧反应过程中,大部分原生活性基团已在无氧反应中被消耗,后续供氧反应过程的原生活性基团自反应较弱,基团总量随次生基团产生而逐渐增多,初期减小现象消失。为了进一步证实煤中活性基团的自反应,采用色谱分析技术对供氧、无氧、无氧反应后供氧等3种条件下活性基团反应过程的产物进行了研究。结果表明：3种条件下煤中活性基团的反应过程均能产生不同种类的产物;供氧条件下的产量和增速最大,无氧条件下的产量和增速最小,无氧反应后供氧条件下的产量和增速与直接供氧相比均有不同程度的减小;煤中活性基团的自反应能够生成各类产物,但其反应强度明显小于供氧反应。在证实煤中活性基团自反应的基础上,提出了煤自燃过程的三序列反应模型,认为除已被验证的煤直接氧化和煤氧复合分解反应外,煤自燃过程还存在活性基团的自反应,并推导出了CO、CO2、H2O等主要产物的形成过程,指出煤中原生和次生的羰基、羧基和羟基分别是其形成的主要物质基础,阐明了煤自燃过程的反应模式。煤自燃实质上是活性基团氧化反应与自反应共同作用的结果,两者之间共生互存、相互促进;但活性基团的自反应无法孤立存在,它需要氧化反应放出的热量作为原始促动力。采用活性基团的氧化与自反应理论阐释了煤自燃过程的部分宏观特性。由于煤自热初期只有原生活性基团和少量次生活性基团参与反应,反应强度小,而后期大量次生活性基团生成并迅速发生链式反应,反应强度迅速增加,导致煤自热过程的分段性;高阶煤中原生活性基团较少,且次生活性基团较难生成,低温反应初期（30～50℃）的基团总量呈减小趋势,导致高阶煤在该阶段的耗氧速率相应减小;水分抑制了活性基团的运移和热量传递,降低了活性基团接触反应的几率,导致高水分煤的反应升温过程存在延滞效应;低温干燥条件下,难反应的含硫结构覆盖在煤粒表面,阻碍了活性基团的接触反应和热量传递,一定程度上抑制了活性基团反应。     

新疆弱粘煤自燃氧化特性试验研究

为了对急倾斜特厚煤层上分层老空区遗煤自燃危险性进行早期预测预报,以新疆乌东煤矿南采区弱粘煤新鲜煤样(初次氧化)和氧化煤样(二次氧化)为研究对象,研究弱粘煤二次氧化自燃特性,及预氧化煤样微观变化特性。实验采用程序升温实验装置研究气体产物释放规律,DSC差示扫描量热仪测试初次和二次氧化煤样的放热特性,及利用红外光谱仪不同温度预氧化煤样官能团规律。研究结果表明:二次氧化煤样的指标气体浓度、产生速率和放热强度均小于初次氧化;随着预氧化温度逐渐升高,含氧官能团含量逐渐增加,脂肪烃含量逐渐减少,芳香环含量基本保持不变。     

不同变质程度煤二次氧化自燃的微观特性试验

为探讨煤二次氧化特性,采用煤质分析、FTIR傅里叶红外光谱分析和程序升温实验分别对榆树井褐煤、黄陵烟煤和汝萁沟无烟煤的原始煤样及其氧化后（二次氧化）煤样进行微观自燃特性对比研究。结果表明：二次氧化煤样中C含量减小,O含量增大,水分减少;而比表面积与孔隙率增大,导致与氧发生反应的面积增大,致使氧化反应前期二次氧化过程中产生的CO浓度大于一次氧化。随着温度的升高,氧化反应后期煤分子中羟基、脂肪烃等活性官能团数量随之变化并大量消耗和再生,裂解产生C2H4气体,导致二次氧化过程中产生的CO浓度和C2H4浓度小于一次氧化。此外,二次氧化煤样特征温度点均提前于原始煤样,使得发生自燃的时间提前,说明二次氧化煤样氧化性强于原始煤样,更容易自然发火。     

长焰煤低温氧化主要官能团迁移规律研究

煤自燃是引起煤矿火灾的主要原因,宏观上表现为煤自燃释放热量不断积聚,最终导致煤体升温引发火灾;微观上表现为煤中的活性官能团不断与氧进行各种氧化反应产生热量,不同煤种微观结构的种类和数量不同导致煤自燃倾向性不同。为研究典型杨伙盘长焰煤的原始波谱图、特征温度点的红外结构参数变化规律和主要官能团的迁移规律,采用原位漫反射傅里叶变换红外光谱测试系统,测量煤氧化过程中官能团的变化,得到了长焰煤原始煤样的波谱图;采用Origin软件对原始波谱进行分峰拟合,得出了各官能团的含量;计算分析了不同特征温度点下的红外结构参数,并与阳泉无烟煤进行了对比分析。结果表明:原始煤样中长焰煤的内表面积比较大,内部结构疏松,脂肪氢含量较多,脂肪链长度较短,芳香缩合度较低,更易发生自燃;随温度升高,各个温度点结构参数I_1长焰煤小于无烟煤,结构参数I_2长焰煤大于无烟煤,结构参数I_3长焰煤为先递减后递增的趋势;长焰煤中羟基、脂肪烃和含氧官能团是较活跃的基团,主要受自身羟基含量、烷基侧链和脂肪烃长链的影响,在煤氧化过程中变化较大,对煤的氧化反应影响较大;芳香烃在长焰煤中的变化较小,相对比较稳定。     

不同氧气浓度下采空区煤自燃极限参数研究

为了研究氧气浓度对煤自燃极限参数的影响规律,采用自燃程序升温实验测试阜生煤矿煤样在氧气浓度分别为21％、17％、11％、9％和5％等5种条件下的低温氧化特性,得到了不同氧气浓度下煤样氧化耗氧速率及放热强度,计算得到煤样自燃极限参数.研究结果表明:采空区环境中氧气浓度减小会显著抑制煤活性结构的低温氧化反应,导致煤低温氧化...     

斜沟煤矿13号煤层自燃特性与标志性气体试验研究

通过在斜沟煤矿13号煤23105工作面取样,利用热重与热解试验方法研究含丝炭层与不含丝炭层煤样自燃特性。基于活化能指标分析13号煤自燃倾向性,最终得到斜沟煤矿13号煤自燃特性,试验结果证明:煤样的氧化分解反应属于一级化学反应,丝炭煤由于着火点低、自燃倾向性强,需要加强预测预报。根据试验结果,构建以一氧化碳为主、乙烯为辅的自燃标志性气体指标体系,为有效防治矿井内因火灾提供理论依据。     

补连塔煤矿不同含水率遗煤升温氧化特性研究

针对补连塔煤矿上覆采空区积水状况,进行了遗煤吸水失水特性研究,模拟其积水采空区遗煤的吸水过程,并以此为研究基础对补连塔煤矿遗煤进行自燃程序升温实验,得出补连塔煤矿1号煤层不同含水比率条件下煤的氧化产物的生成规律。结果表明,补连塔煤样原始含水率在6%左右,煤矿不同粒径组块煤的最大吸水率相差很小,在14%左右;不同含水率煤样90℃前氧化速率低于原始煤样,在90℃后氧化速率高于原始煤样;含水率为39.9%时在低温阶段抑制了煤的氧化反应;C₂H₄、C₂H₆、C₃H₈可作为补连塔煤矿煤自燃反应进入氧化反应加速阶段的标志性气体。