不同升温速率下烟煤的低温氧化放热特性研究

煤自燃是威胁开采、储存和利用过程的重要因素之一,而煤在低温阶段的氧化放热反应也是导致煤自燃的主要因素。为了研究烟煤在低温条件下的放热特性,选取3种不同变质程度的烟煤进行研究,煤样分别为曹家滩(CJT)的长焰煤、大佛寺(DFS)的不黏煤和东滩(DT)的气煤。采用微量热仪(C80)实时监测煤样在30～300℃温度区间内升温过程中的热流变化,从而探究不同烟煤低温氧化过程的热流变化规律以及放热情况,得到低温氧化过程的分段热流特征以及相应的数学模型。为了进一步研究升温速率对烟煤放热特性的影响,试验分别设置在0.2、0.4和0.6℃/min的不同升温速率下进行,通过热流模型和热量公式建立判定自燃倾向性的指数γ,从而分析不同升温速率对烟煤低温氧化过程放热特性和煤自燃倾向性的影响规律。结果表明：烟煤低温氧化分为了吸热、缓慢放热、加速放热和快速放热4个阶段,随着升温速率的升高,特征温度点有着向后推移的趋势,放热量呈现减小的趋势,3个放热阶段的放热量占比没有明显变化,约为1%、30%、70%。并且发现升温速率越低,活化能值越小,煤自燃倾向性指数γ值变大。通过研究烟煤的放热特性和不同升温速率对烟煤放热特性的...     

煤低温贫氧氧化放热特性研究

煤的氧化放热特性是影响煤自燃的关键因素之一。为研究煤低温贫氧氧化放热特性,采用C80微量热仪,测试了煤在不同氧浓度环境(5%、9%、13%、17%、21%)中250℃以下的氧化放热热流曲线,分析了初始放热温度、放热量,并计算了表观活化能。结果表明:煤低温氧化初始放热温度随着氧浓度的降低呈波动增大的趋势;放热强度、放热量和表观活化能随着氧浓度的降低而降低,且存在临界氧浓度,使低于该氧浓度时,煤低温氧化放热行为受到明显抑制,实验煤样均存在2个临界氧浓度,分别为13%和9%。     

阳煤三矿15#煤层煤自燃特性的实验研究

通过对煤自燃特性进行实验研究,确定煤自燃等级、自燃预报指标性气体以及最短自然发火期,以此为依据制定矿井生产与防灭火安全技术措施,确保有煤自燃倾向的矿井安全高效生产。     

水分对孟巴矿煤氧化自燃特性影响的实验研究

采用程序升温实验对孟巴矿不同含水量煤样的自燃特性进行实验研究,通过对不同含水量煤样在程序升温氧化过程中,不同温度条件下的气体产生率、放热强度及耗氧速率分析,得出了孟巴煤矿煤样在氧化自燃过程中,含水量对其氧化自燃性的影响规律,确定出了孟巴矿煤样氧化自燃性最佳的临界水分含量,为孟巴矿煤层自然发火的有效预防提供了基础数据与理论支持。     

煤氧化特性的STA-FTIR实验研究

采用同步热分析-红外联用技术(STA-FTIR),以4种不同变质程度的新鲜煤样为研究对象,从特征温度点、热量变化、逸出气体、氧化反应动力学等多角度分析煤的氧化放热特性及其规律。研究结果表明,随着煤变质程度降低,煤中挥发分含量增高,煤氧化过程特征温度点逐渐减小;各个阶段反应活化能逐渐变小,最大热释放速率和放热量相应增加;同时,氧化过程中所释放的CO,CO2,H2O,CH4等气体的初始温度和峰值温度均呈现出逐渐减小趋势,生成CO量减少,CO2和水量增加;此外,不同煤样在水分蒸发及脱附阶段、吸氧增重阶段的反应机理接近。实验结果说明不同煤样的氧化反应过程具有相似性,变质程度越低的煤,发生氧化和燃烧反应越容易,自燃危险性越高。应根据煤样存储、开采、运输环境,针对初始放热温度较低的低变质煤样,及时采取冷却降温、封堵裂隙、阻化剂阻化等措施预防煤自燃发生和发展。     

松散煤体低温氧化放热强度的测定和计算

根据煤低温自然火实验台测定的温度场变化和传热理论,推导出计算不同温度松散煤体低温氧化放热强度的热平衡法;由实验测定的气体浓度变化量,推算出不同温度时煤氧复合的耗氧速率、ＣＯ和ＣＯ２产生率;结合煤氧复合过程的键能量变化量,得出低温氧化放热强度的键艰算法,确定其上限和下限,为煤自燃特性的定量分析及自然发火预测提供了理论依据。     

2-羧乙基苯基次膦酸抑制煤自燃特性研究

为了研究2-羧乙基苯基次膦酸(CEPPA)对煤自燃特性的影响,制备原煤样及阻化剂浓度分别为5％、10％、15％、20％的阻化煤样,采用程序升温-气相色谱仪联用试验,对比分析了 4种不同浓度阻化煤样在自燃氧化过程中生成的CO浓度随温度变化曲线,得到最佳阻化剂浓度.结合同步热分析试验,对比分析原煤样和最佳阻化煤样的热失重特...     

２Ｇ羧乙基苯基次膦酸抑制煤自燃特性研究

为了研究２Ｇ羧乙基苯基次膦酸(CEPPA)对煤自燃特 性的影 响,制 备 原 煤 样 及 阻 化 剂 浓 度 分 别 为 ５％、１０％、 １５％、２０％的阻化煤样,采用程序升温 气相色谱仪联用试 验,对比分析了４种不同浓度阻化煤样在自燃氧化过程中生 成的 CO 浓度随温度变化曲线,得到最佳阻化剂浓度.结合 同步热分析试验,对比分析原煤样和最佳阻化煤样的热失重 特性及放热特性,分析 CEPPA 的阻化效果.程序升温氧化 试验结果表明:加入浓度为１５％的 CEPPA 的煤样在升温过 程中 CO 浓度最小,此浓度抑制煤自燃效果最佳.同步热分 析试验结果表明:浓度为１５％的 CEPPA 可提高煤自燃的特 征温度(干裂温度、着火温度和燃尽温度等),最佳阻化煤样 的 DSC 曲线的拐点处数值明显滞后,总放热量较原煤减少 １０４．８３J/g.     

惰化煤中过渡金属离子抑制煤自燃特性试验研究

采用理论分析和试验研究相结合的方法研究了过渡金属离子对煤自燃的影响,并选择2-羟基膦酰基乙酸(HPAA)作为阻化剂对煤中过渡金属离子进行螯合,降低过渡金属离子活性,为煤自燃防治提供了新的思路。试验结果表明：Fe³⁺、Mn²⁺能够提高煤的氧化活性,对煤自燃氧化具有一定的促进作用。HPAA阻化剂可抑制煤自燃氧化过程中CO气体的释放,阻化效果随温度升高逐渐增强。同步热分析试验结果表明：HPAA阻化剂能够显著地提高煤自燃氧化过程中的着火温度,以及最大热失重速率温度等特征温度点,并降低煤自燃过程中的最大热释放功率和总放热量。     

新疆阜康矿区主采煤层自燃氧化特性的试验研究

采用程序升温氧化试验装置,对新疆阜康矿区主采的45#,A5,A3煤层进行氧化特性试验,研究了不同煤样自燃临界温度TC、CO初始温度及CO、O2随温度的变化和其他CnHm气体初始温度;根据试验数据,将程序升温氧化过程划分为Ta(室温)—TCO低温段和TCO—Tb段,计算了各煤样不同氧化阶段的温度耗氧速率。试验表明:Ta—TCO低温段温度耗氧速率从大到小依次为45#煤层、A5煤层、A3煤层;TCO—Tb段温度耗氧速率从大到小依次为A5煤层、A3煤层、45#煤层。Ta—TCO低温段,45#煤层具有较高的氧化活性,而当温度达到一定值后(即TCO—Tb段)A5煤层氧化活性较高,而45#煤层为最低。初步分析了煤质对氧化特性的影响。     

次磷酸盐对煤自燃的阻化特性实验研究

为了探究次磷酸盐阻化剂对煤自燃氧化的抑制特性,制备了原煤样以及浓度分别为15%、17%、20%的次磷酸钠、次磷酸铝阻化煤样。采用程序升温氧化实验、阻化率计算和同步热分析实验,分析了次磷酸盐阻化剂对煤自燃过程中CO生成的影响,确定了各磷酸盐阻化剂的最佳浓度,分析了其抑制煤自燃氧化的热失重特性及放热特性。结果表明:次磷酸盐阻化剂能够抑制煤自燃过程中CO的生成,其最佳阻化浓度均为20%;次磷酸盐阻化剂可显著提高煤的着火温度、燃尽温度等特征温度点,其中次磷酸钠阻化剂的阻化效果优于次磷酸铝阻化剂。此外,次磷酸钠阻化剂能够显著提高煤自燃初始放热温度和最大释热功率温度,降低煤自燃最大释热功率和总放热量。     

预氧化煤自燃特性试验研究

为研究预氧化煤自燃特性参数变化规律,采用程序升温试验研究原煤和预氧化煤的自燃特性。结果表明:与原煤相比,随着温度增加,预氧化至90℃的煤样耗氧速率、CO产生率、CO2产生率、放热强度均大于原煤;随着温度的增加,预氧化至130℃的煤样与原煤的耗氧速率、CO产生率、放热强度曲线的交叉温度为80~90℃,预氧化至170℃的煤样的交叉温度为110~120℃,小于交叉温度时,预氧化煤的耗氧速率、CO产生率、放热强度大于原煤,超过交叉温度后小于原煤;小于80℃时,预氧化至130、170℃的煤样的CO2产生率大于原煤,超过80℃后小于原煤;预氧化煤的最小浮煤厚度、下限氧浓度极值减小,上限漏风强度极值增大;煤的氧化程度越高,自燃极限参数极值变化量越大。     

2种典型煤放热特性的热重试验研究

采用氧弹法等方法对2种典型煤(XJ煤和QJY煤)热值进行了测量。采用热重试验法对试验煤样的燃烧放热特性进行了研究。计算并对比分析不同煤样的热释放速率。2种煤对比可知,XJ煤在较低温度水平时即可集中释放大量热,QJY煤在较高的温度水平较为长时间地平均地放出大量热。     

和顺矿区无烟煤自燃特性的实验研究

煤自燃火灾是威胁矿井安全生产的主要灾害之一,研究煤自燃特性能够为矿井的煤自燃火灾防治提供理论基础。通过煤自燃特性测试系统对和顺矿区煤样的自燃特性进行了测试分析,分析结果表明,和顺矿区无烟煤的氧化交叉温度150℃;CO、C2H4、C2H2气体浓度变化情况及C2H4/C2H6、C2H4/C3H8的比值变化情况能够反映和顺矿区煤自燃的趋势;煤样的耗氧速率随温度的升高逐渐增大,自燃临界温度在60~70℃之间,裂解温度在130~140℃之间。     

抚顺西露天矿长焰煤高温氧化自燃特性实验研究北大核心

为了研究抚顺西露天矿矿坑内煤自燃氧化特性,在物理性质测试的基础上进行了原煤的自燃氧化特性实验研究,得到了30~600℃高温氧化过程中的宏观自燃特性及其表征参数,并应用标志气体的增长率分析法确定出露天矿长焰煤高温氧化的特征温度点。结果表明:抚顺西露天矿原煤样品含水率含硫量均较低,挥发分高达42%,煤样比表面积较大,微观结构显示大孔和介孔占95%以上,为煤氧化合反应提供了有利的条件;低温氧化阶段氧气体积分数和耗氧速率变化平缓,200℃以后急剧变化,析出的CO和CO_(2)体积分数呈现指数级增长;CH_(4)、C_(2)H_(4)、C_(2)H_(6)、C3H8体积分数随温度的变化规律相似,即在低温阶段都比较小,随着温度的升高缓慢增大,大约350℃之后均迅速增大至峰值。实测煤样临界温度75℃、干裂温度120℃、活性温度195℃、增速温度240℃以及燃点温度315℃,煤样中挥发分含量高导致临界温度较为提前,但燃点温度较常规偏低。热分析实验结果表明:DSC和放热过程可划分为4个阶段,煤样放热量达到了4714 J/g;自由基浓度与温度成递增关系,活性温度时的浓度相较临界温度阶段增长了约50%,燃点温度时自由基浓度达到了临界温度时刻的2倍,自由基活跃会更加促进煤氧化合反应。     

静态膨胀剂的放热特性及其对煤自燃的影响分析

为了防控应用静态爆破技术给煤矿安全生产带来的隐患,从实验的角度分析了静态膨胀剂的膨胀升温机理,验证了不同条件下静态膨胀剂的升温情况,分析了其对煤自燃产生的影响。结果表明：静态膨胀剂对水敏感性较高,与水混合后具有较强的放热能力,膨胀剂与水按100：2的体积比混合,经过2 h水化反应后膨胀剂最高温度为86.0 ℃,且放热量随着水的比例增加而增大。膨胀剂的放热增强了煤体氧化活性,缩短了煤的自然发火期。     

恒温解吸附煤样低温氧化特性试验研究

为了研究解吸附煤样的自燃特性,运用煤低温氧化试验系统测试了煤样在氮气条件下恒温解吸附及解吸附再次氧化升温特性,分析了解吸附过程的气体产物规律和解吸附煤样的自燃特性参数,研究原煤和解吸附煤样的氧化、放热特性。结果表明:恒温解吸附过程中产生CO、CO_2、CH_4气体,CO_2的气体产生量远大于CO、CH_4,随着箱温温度的升高,气体产量也增大;与原煤相比,恒温30℃和50℃解吸附煤样的耗氧速率、放热强度均小于原煤;在70℃之前,恒温70℃解吸附煤样与原煤的耗氧速率和放热强度相似,在90~110℃之间出现交叉温度点,交叉温度点之前原煤的耗氧速率、放热强度大于恒温70℃解吸附煤样,之后小于原煤,说明不同恒温解吸附过程对煤的自燃特性的影响具有一定的差异。     

王洼二矿上分层遗煤自燃特性的试验研究

为了掌握王洼二矿5号煤上分层遗煤的自燃规律,通过程序升温实验台对5号煤上分层遗煤与原始煤样的自燃特性参数进行对比研究。研究发现王洼二矿上分层遗煤的耗氧速率、CO产生率、CO_2产生率与放热强度均要大于原始煤样且120℃后更加明显,而上分层遗煤煤样特征温度及生成C_2H_4和C_2H_6气体所需温度均低于原始煤样,说明王洼二矿5号煤上分层遗煤更易发生自燃,危险性较大。