TG-DTA-FTIR技术对煤氧化过程的规律性研究

利用TG-DTA-FTIR联用技术，测定煤升温氧化过程不同阶段起始温度、吸氧量、放热量、释放气体初温与成分以及燃点等参数，提出了用某个温度下煤的吸氧量或在整个氧化阶段总吸氧量来表示煤的自燃倾向性高低的不合理性；给出了用100~200 ℃温度段的吸氧速率q′_T指标进行煤自燃倾向性高低评判方法.     

煤自燃倾向性鉴定实验方法探讨

目前国内煤炭自燃分类等级的鉴定基础研究还较为片面,现有的煤自燃倾向性色谱吸氧法反映出煤表面对氧的物理吸附特性,煤自燃倾向性氧化动力学测定法反映煤氧化的内在动力学特性。为此,该论文对AQ/T 1068-2008《煤自燃倾向性的氧化动力学测定方法》[1]和GB/T 20104-2006《煤自燃倾向性色谱吸氧鉴定法》[2]进行了研究分析。     

基于氧化热解综合指标的煤自燃倾向性研究

 根据煤自燃倾向性的本质特征,对国内外主要煤自燃倾向性鉴定方法进行了评价,指出不足之处,通过煤氧化热解动力学实验,给出了用100～200℃的吸氧速率指标进行煤自燃倾向性高低评判方法。运用一级化学反应动力学机制,求出活化能,并比较了活化能和吸氧量与实际发火期的相关性分析。最后提出基于吸氧速率和活化能的煤自燃倾向性鉴定综合指标。     

煤自燃倾向性及测定中的影响因素

依据煤产生自燃的必要条件及煤自燃的发展过程,用流态色谱吸氧法对煤的自燃倾向性进行了测定。分析了在测定中影响煤自燃倾向性的主要因素,即煤样的粒度、仪器的稳定性和气密性、样品的处理过程、载气的流速,并探讨了煤的水分、灰分、挥发分、全硫及密度等参数与其吸氧量的关系,提出探究煤自燃倾向性及其测定中的影响因素,提高煤自燃倾向性测试结果的准确性,对保证煤炭的开采、运输和储存的安全具有重要意义。     

煤层自燃倾向性色谱吸氧法测定实验研究

本文介绍了用流动色谱吸氧法测定煤对流态氧的吸附能力,并通过吸氧量表征煤的氧化自燃性能,此方法简单、快速、可行。最后采用流动色谱吸氧法对薛村矿煤样的自燃倾向性进行了测定,测试结果与生产过程中发生的自燃现象有很好的符合性。     

煤自燃过程中活化能计算实验研究

自燃倾向性反映了煤自燃的难易程度,是反映煤由最初的吸氧生热到开始加速氧化这一变化过程的过程量,而活化能恰恰是一个可以衡量该过程难易程度的过程指标。采集了佳瑞煤矿15^＃煤层煤样,采用差示扫描量热仪进行了不同煤样粒径、不同升温速率和不同氧气浓度下的煤低温氧化热分析实验。根据Arrhenius方程,分析了煤氧化反应的特点,推导出了煤低温氧化过程活化能计算方法。依据该方法计算了不同实验条件下的煤低温氧化的活化能。实验结果表明:煤样粒径越小,煤的活化能测算值越小,越易着火,即自燃倾向性增大。升温速率越大,煤样的活化能测算值越大;煤的活化能随着氧气浓度的减小而增大,即自燃倾向性减小。     

煤自燃内在影响因素分析

煤自燃内在因素对煤氧化自燃过程起着决定性作用,依据吸氧量的大小可判断出煤的自燃倾向性等级。主要对代表自燃倾向性等级的吸氧量与代表煤自燃内部影响因素煤质指标之间的关系进行了分析,为煤自燃防治工作提供一定理论基础。     

低含水状态煤自燃倾向性实验研究

水分对煤自燃的影响十分复杂。应用TG-DSC技术,针对某一矿区对含水量较低状态下的煤样的氧化规律进行研究,测定其失重率、吸氧量、放热速率和放热量等参数,分析在较低含水状态下水对煤自燃倾向的影响。实验结果表明:含水量较低的情况对煤体的自燃有着促进作用,煤的自燃倾向性增加。当煤样的含水量超过一个临界值时,其吸氧量和放热量都会降低,煤的自燃倾向性降低。为防止煤的自燃倾向性的增加,煤体的含水量要保持在较高的程度。     

利用TG-DSC和静态耗氧产热量法研究煤的自燃倾向性

利用流态氧化—静态收集气体分析方法,测定3种不同变质程度的煤样在不同温度下的耗氧量,采用综合热分析技术测试3种煤样的耗氧放热量。通过两者结合分析得出煤物理吸附氧气产生的热量是煤自燃的第一动力;提出了用煤低温氧化过程产生的热量指标作为煤自燃倾向性鉴定的金标准,为基于耗氧量的煤自燃倾向性判定提供了理论支撑;煤样耗氧量越大,煤样产热量也越大,耗氧量与产热量之间存在趋势性关系,因此可以用耗氧量来衡量煤的自燃倾向性;初步给出了分类原则和方法,提出了采用70℃、150℃条件下煤样的耗氧量进行煤自燃倾向性高低评判的方法。     

色谱吸氧法测定煤的自燃倾向性方法改进研究

煤被氧化时发生的化学反应与煤中水分及吸氧量相关。由于煤被氧化时需要水分的参与,故煤的内在水分在一定范围内越高,煤的孔隙度就越大,吸氧量越高。结合GB/T20104—2006《煤自燃倾向性色谱吸氧鉴定法》及ZRJ-1型煤自燃性测定仪,探讨测试样品干燥程度为影响煤自燃倾向性测定结果的因素,并提出了相应的改进办法。     

Analysis of irrationality of coal susceptibility to spontaneous combustion determination method with fluid oxygen adsorption

Based on experiment results and theoretical analysis, pointed out that the method of coal susceptibility to spontaneous combustion determination with fluid oxygen adsorption can not present the essence of coal oxidation process and oxidation reaction. The method is incorrect, paying attention at one aspect and ignoring the rest. The method is not reasonable for coal susceptibility to spontaneous combustion determination. Susceptibility to spontaneous combustion of coal reflects chemical property of coal oxidation with oxygen absorption and heat release at low temperature. Coal’s susceptibility to spontaneous combustion is mainly decided by the number of molecules with reaction activation energy and activation molecule production rate at certain temperature. Therefore, index of susceptibility to spontaneous combustion should adopt accumulative value or trend of heat release or oxygen adsorption during oxidation process. Supported by Innovative Team in Science and Technology of Anhui Province College and Universities(2006KJ005TD); Science of Fire, Nature Science Foundation of China(2001CB409600)     

Evaluation of the propensity for coal spontaneous combustion based on catastrophe theory

Generally, different prevention measures should be taken according to spontaneous combustion propensities. The current methods to evaluate the propensity of coal spontaneous combustion, such as chromatographic method of oxygen adsorption, oxidation kinetics method and activation energy method, are mostly affected by human factors. Their boundaries among different classes of propensities were all established by subjective judgments. A new evaluation method using catastrophe theory is introduced. This method can accurately depict the process of coal spontaneous combustion and the evaluation index, “catastrophe temperature”, be obtained based on the model. In terms of catastrophe temperature, the spontaneous combustion propensity of different coals can be sequenced. Experimental data indicate that this method is appropriate to describe the spontaneous combustion process and to evaluate the propensity of coal spontaneous combustion.     

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。     

利用热重法研究不同氧浓度对煤自燃特性的影响

煤自燃受到多种因素影响,为了研究煤与氧气反应的机理,通过热重(TG)实验测试了褐煤、1/3焦煤和无烟煤在不同氧气体积分数条件下的自燃特性,分析了煤样氧化过程的特征温度、质量损失、热效应及热反应动力学参数.研究结果表明:不同煤阶的煤样对氧气的化学响应特征不同,煤阶越高,越难以发生氧化反应,体现为特征温度增大,放热峰值减小...     

自然发火实验测定煤低温氧化活化能

煤低温氧化活化能是分析煤自燃特性的重要指标。文章提出了利用可加热的小型自燃发火实验台测定煤低温氧化活化能的方法。利用该方法测试了不同自燃倾向性、不同粒度范围煤样的低温氧化活化能,并研究了动态吸氧量、粒度与活化能之间的关系。运用自然发火实验可以准确测定实际煤体的低温氧化活化能,测试结果符合实际的煤低温氧化特性,可以较好地表征煤自燃倾向性。     

火成岩侵蚀煤层易自然发火特性及关键致因研究

为探明火成岩侵蚀导致侵蚀煤层自燃特性变化的关键致因,以受火成岩侵入范围广、煤自然发火严重的铁法煤田大兴煤矿为研究对象,采集火成岩侵蚀形成的变质煤和未受影响的原生煤进行研究。本文利用同步热分析仪、煤自燃特性测定装置等测试了煤样的产热升温特性、气体产生规律、微观结构参数的差异。结果表明,变质煤在低温阶段的放热量较原生煤显著提高,交叉点温度降低了13.2℃,更早进入氧化增重阶段;当环境温度超过90℃,变质煤的氧化产热与反应速率急速增加,CO和CO₂等氧化气体产物生成速率显著升高,表明变质煤的氧化活性高于原生煤;火成岩侵蚀煤层的高温高压作用改变了煤体的孔隙结构,导致煤中有机物质热解与挥发,使得变质煤中的微孔和介孔孔容减小、比表面积降低,宏观孔的孔容达到原生煤的3倍,平均孔径和孔隙率显著增大,有利于氧气分子在煤体内部的输送运移与吸附反应,同时变质煤的含氧官能团较原生煤减少,脂肪烃含量由27.98%提高至29.07%,增强了变质煤的氧化活性。此外,火成岩侵蚀活动导致侵蚀煤层开采时漏风加剧、遗煤氧化时间长、氧化带范围广。火成岩对煤层自然发火内在因素和外在因素的影响,导致侵蚀煤层...     

煤自燃中的各种基元反应及相互关系:煤氧化动力学理论及应用

针对煤结构及其反应的复杂性,在综合分析煤中活性基团种类、结构形式及其在反应中转化特性的基础上,构建了煤自燃中的活性结构单元,采用前线轨道理论和量子化学计算分析了活性位点上的电子转移及其完整反应路径、活化能及放热量,建立了煤自燃过程中的13个基元反应及其反应顺序和继发性关系,揭示了以氧气引发的持续将煤中原生结构转化为碳自由基并释放气体产物的低活化能链式循环的煤氧化动力学过程,提出了煤氧化动力学理论,阐明了煤自燃产热产物的反应机理,该理论在煤自燃倾向性鉴定和煤自燃高效化学阻化技术研究中得到了成功应用。     

煤自燃过程指标气体产生规律的系统研究

煤自燃过程指标气体广泛用于煤自燃情况的判定。利用程序升温对煤进行低温氧化的方法,对煤自燃过程指标气体产生规律进行系统研究和分析,发现煤低温氧化过程指标气体产生的主要规律有:不同指标气体开始出现的温度不一样;同一种指标气体在不同氧化活性的煤体中出现的温度不同;各种指标气体产生速率随温度上升而增大。并利用煤自燃过程产生自由基和逐步自活化反应的机理对煤自燃过程指标气体产生规律进行了科学合理的解释。