基于微量热技术的白皎无烟煤氧化放热特性研究

为了深入了解煤自燃过程的放热规律,采用C80微量热仪研究了白皎无烟煤的氧化燃烧过程,对其放热特性及活化能变化规律进行了分析。测试结果表明:白皎无烟煤的氧化放热过程呈明显的分段特性,由缓慢氧化转换为快速氧化的临界温度大致为130℃。初始氧化升温阶段,放热量非常小,但随着氧化过程的逐步强化,放热量开始缓慢增加;煤温升至130℃后,放热量开始急剧增加。白皎无烟煤氧化升温过程中活化能逐渐增大,煤中活化能较低的基团在低温阶段发生反应并放出热量,随着煤温逐渐升高,活化能较高的一些基团也逐渐被活化并开始发生反应。     

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。     

羟基乙叉二膦酸抑制煤自燃特性的实验研究北大核心

为研究羟基乙叉二膦酸(HEDP)对煤自燃阻化特性的影响,采用程序升温-气相色谱联用实验,对比分析原煤样和HEDP阻化煤样标志性气体的产生发展规律,HEDP阻化剂对实验煤样的阻化率;同时采用同步热分析装置分析实验煤样在煤自燃氧化过程中特征温度点和放热特性。程序升温实验表明:在煤自燃氧化过程中,HEDP阻化剂可降低CO气体的释放量,随着温度的升高,HEDP阻化剂对煤自燃的抑制作用逐渐增强;对于煤中过渡金属离子含量越多的煤种,HEDP阻化效果越明显,对肥煤(FM)阻化率最高为51.74%,对气煤(QM)的阻化率最低为16.74%。同步热分析实验表明:HEDP阻化剂可作用于煤自燃氧化全过程,在煤自燃氧化初期,HEDP阻化剂即可对煤自燃氧化反应产生抑制作用,能够显著地提高煤自燃氧化过程中的干裂温度、着火温度、最大热失重速率温度等,并降低煤自燃的最大热释放功率和总放热量。     

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。     

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。     

不同镜惰比低阶煤燃烧特性及动力学分析

为解释显微组分对低阶煤燃烧特性的影响,以一系列不同镜惰比低阶煤为研究对象,利用热重-质谱-差热(TG-MS-DTA)联用技术,研究了样品在空气气氛下的燃烧特性、热量变化过程以及气体逸出行为。结果表明：煤的显微组分含量对煤燃烧达到最大反应速率时的温度影响不大,但对反应最大速率的大小有影响,富惰质组煤燃烧的反应最大速率更大。同时,煤中较多矿物使得反应达到最大速率时温度更高。燃烧过程呈现出明显的两个阶段,第一阶段(400℃之前)缓慢放热,对应脱挥发分过程,第二阶段(400℃之后)快速放热,对应固定碳燃烧过程,燃烧放热特征呈现出缓慢到快速放热的转变。不同镜惰比煤在燃烧过程中主要释放CO₂、CO、H2O等气体,但释放的相对含量不同,脱挥发分阶段,有较少的CO₂、CO气体释放,H₂O的释放相对量较多。而在固定碳燃烧阶段,CO₂大量释放,CO释放量略低,H₂O最少。其中,富惰质组煤在燃烧过程中释放相对更多的CO₂,在相同条件下,燃烧更加充分。此外,还借助Coats-Re...     

粒度对煤低温氧化特性的影响

煤的氧化放热是影响煤自燃的主要因素之一,为研究不同粒径下煤粉的低温氧化特性,采用差示扫描量热法(DSC),测量不同粒径下煤的低温氧化热流。结果表明,煤低温氧化过程具有明显的阶段性特征。低温下煤的氧化可以分为3个阶段,包括脱水阶段、缓慢氧化阶段和加速氧化阶段。煤氧化过程的热演化特征是先吸热再放热,较小的粒径促进了煤氧化放热。并且随着粒径减小,活化能呈现降低的趋势。因此,粒径的减小导致煤自燃趋势增加。     

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。     

基于大型煤堆实验台的煤自燃过程模拟研究

为研究王台铺矿15号煤层的自然发火规律,利用大型煤堆实验台对其进行了试验模拟研究,通过热电偶测得煤体的温度变化情况,得到煤体内的升温速率、耗氧速度、临界温度及干裂温度等煤样自燃特性参数,结合气相色谱仪对煤自燃过程中产生的指标气体进行分析。结果表明：煤温在临界温度80℃以下时,煤的自身氧化反应过程中产生的热量小,煤样耗氧速度较低,煤体很难发生自燃;在80～110℃时,耗氧速度逐渐增加,反应逐渐加强;当煤温超过干裂温度110℃后,氧化反应急剧加快,放热量也随着增大,同时CO和CO2产生率加快,煤体易发生自燃。     

不同水分含量煤自燃过程热特性实验研究

煤自燃的发生发展是煤氧化放热与热量散失的动态过程,当放热量大于散失的热量,便促进煤氧反应加速,直至自燃。煤中水分的存在影响着煤氧化产热与松散煤体的热传导能力,因此,以神东布尔台42201-1工作面煤样为实验对象,开展了热重(Thermogravimetric, TG)和差示扫描量热法(Differential Scanning Calorimetry, DSC)联用实验,根据煤自燃过程中特征温度点划分出煤自燃进程,并分析煤中水分含量对煤自燃过程失重特性与放热特性的影响。采用激光闪射法测试分析了不同水分含量煤低温氧化过程中热扩散系数a、比热容C_p与导热系数λ的变化规律,以升高单位温度引起的热扩散系数变化量与比热容变化量表征温度对热扩散系数与比热容的敏感度,并分析煤低温氧化过程热传导特性。结果表明:在实验的水分含量下,煤中水分含量的增加抑制了煤自燃过程,实验终止时煤自燃失重量随着水分含量的增大而减小,煤中过多水分含量阻碍了煤氧反应进行,放热量随煤中水分含量的增加而降低。在煤样各水分含量下,热扩散系数随温度的升高呈先减后增趋势,敏感度为0时的临界温度随水分含量的增加而增...     

基于交叉点法的煤自燃低温氧化阶段特性和关键参数

煤炭开采过程中,由煤自燃引起的矿井火灾是煤矿主要灾害之一。交叉点温度法(CPT)是测试煤自燃倾向性指标及温升特性参数的一种实验方法。基于交叉点温度法,通过程序升温测试系统对0.45~0.60 mm粒径的烟煤在氧体积分数分别为20.65%,17.80%,13.62%,10.49%,5.00%和3.00%的贫氧环境中分别进行了升温测试。通过煤体温升速率、炉温与煤温温差特性以及耗氧规律进行分析,结合程序升温过程煤样产热速率特性曲线,将煤自燃低温氧化过程划分为4个阶段:阶段Ⅰ-无反应阶段,阶段II-吸热阶段,阶段Ⅲ-快速放热阶段,阶段Ⅳ-稳定放热阶段。同时通过对煤自燃升温过程能量守恒公式进行归一化处理,加热炉体与煤体温差在阶段Ⅰ和阶段Ⅳ分别为由ατ和(B-1)ατ决定,而在阶段Ⅲ出现交叉点温度必须满足B1这一条件,经对比实验数据契合理论推导结论。     

不同煤阶煤自燃特性的实验研究

为了研究不同煤阶煤的自燃特性,以HM褐煤、ZX长焰煤、DHS气煤、DL瘦煤、ZLS无烟煤为研究对象,利用程序升温仪和热重分析仪,对5种煤样进行气态产物、热效应和动力学特征进行分析。实验结果表明:低温氧化阶段,CO、CO_2生成量和初始产生温度随着变质程度的降低而显著增强;低温阶段放热强度的顺序依次为HM褐煤ZX长焰煤金塔气煤ZLS无烟煤DL瘦煤,活化能的顺序为HM褐煤ZX长焰煤金塔气煤ZLS无烟煤DL瘦煤,活化能随着煤变质程度的增大而显著增加,这主要是ZLS无烟煤由于含硫铁矿较高(3%),其低温阶段放热强度和活化能高于DL瘦煤。     

高河煤矿W1310工作面煤层自燃特性实验研究

文章从氧化性与放热性两方面对高河煤矿W1310工作面煤层自燃特性进行实验研究,通过实验分析得出煤层自燃临界温度为62℃、干裂温度为155℃、临界氧浓度为8.0%,且煤的氧化性与放热性的关系:耗氧速率随着放热强度的增大而增大;供氧浓度越低,煤层发生自燃的临界温度越高,加速氧化阶段需要的活化能越大。     

煤自燃过程中耗氧速率与放热强度的时空变化规律

为研究煤自然发火过程不同区域的动态发展规律,使用大型煤自然发火模拟实验台测试松散煤体在恒风量条件下从常温至140℃的自燃氧化过程,分析了耗氧速率和放热强度在时间及空间上的变化规律。结果表明：松散煤体自燃过程温度随煤体高度的变化在不同温度阶段趋势差异较大,高温点由煤体中上部位置向着进风侧方向移动;不同煤体高度耗氧速率与时间呈现指数增长,且耗氧速率和放热强度随着煤体高度的高温点的运移规律相吻合。75℃前后煤体呈现缓慢和快速增长分阶段特性;松散煤体进风口的放热强度逐渐增强,温度超过75℃后,不同煤体高度的放热强度随时间增长逐渐增长。     

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。     

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。     

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。     

氧化煤低温氧化特性及演化规律

为了探究氧化煤的低温氧化特性及演变规律,采用程序升温实验系统,对平煤八矿煤样分别预氧化至60 ℃、90 ℃、120 ℃、150 ℃、180 ℃、210 ℃时通入N₂绝氧降温形成的氧化煤,进行低温氧化程序升温实验;为进一步揭示不同灭火条件下形成的氧化煤低温氧化行为特征,对煤样预氧化至120 ℃时,通入3种不同体积分数N₂灭火后形成的氧化煤,开展低温氧化程序升温测试,测定这两类氧化煤低温氧化过程耗氧速率、标志性气体(CO、CO₂)产生率以及放热强度的变化规律。结果表明:氧化煤的耗氧速率、标志性气体产生率和放热强度均小于原煤;预氧化至90 ℃煤样的自燃特性参数更接近原煤,说明预氧化至临界温度的煤更易发生复燃;而预氧化至120 ℃时通入N₂的体积分数越高,这类氧化煤的自燃特征参数越接近原煤,说明通入N₂体积分数越高的煤复燃能力越强。因此,开采近距离煤层群、复采工作面以及启封火区等区域的煤体时,应防范其发生复燃。     

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.