影响煤自燃气体产物释放的主要活性官能团

为了研究煤自燃发火气体产物与煤分子官能团之间的内在联系,进一步揭示煤自燃发火过程的微观变化特性,利用程序升温实验装置和原位红外光谱分析实验系统,得出了气体产物生成量和活性官能团含量之间的关联性。结果表明:CO、C₂H₄等指标气体浓度伴随温度升高显示为抛物线模式增长;活性官能团中,随着温度的不断升高,脂肪烃含量先持续增大,之后开始逐渐下降,C=C双键含量不断下降,含氧官能团含量先趋于稳定后逐渐增加。根据指标气体浓度变化,获得了高温反应过程中的5个特征温度点,进一步将其分为临界温度阶段、干裂–活性–增速温度阶段、增速–燃点温度阶段和燃烧阶段4个阶段,并对三个高温氧化阶段进行关联性分析发现:在临界温度阶段,影响CO、CO₂、CH₄和C₂H₆气体释放的主要活性官能团是羰基;在干裂–活性–增速温度阶段烷基链和桥键发生大量断裂,影响气体产物的主要活性官能团是脂肪烃和羰基;在增速–燃点温度阶段气体浓度与羰基和羧基等官能团呈负相关。得出干裂–活性–增速温度阶段是高温氧化过程中的危险阶段,需在该阶段前对氧化反应进行控制,以减少人员和物质损失。      

基于煤火发展演化的松散煤体自燃温度纵深蔓延特征

针对现有对松散煤体自然发火温度场运移特点试验装置的不足,根据实际松散煤体燃烧特点,自主设计研发了煤火发展演化模拟实验系统。选取陕西省咸阳孟村煤矿煤样为研究对象,利用该装置模拟松散煤体燃烧过程,分析松散煤体燃烧过程中高温区域的分布及纵深移动规律,再现松散煤体从着火至燃烧最后燃尽过程中高温区域的蔓延过程,剖析温度区域迁移机制,分析高温区域关键点氧气体积分数变化规律。结果表明,在松散煤体燃烧过程中,煤样体系温度变化尺度随着时间的增加先上升后下降,试验运行600 h后,整体燃烧室降至环境温度;试验过程中松散煤体高温区域集中于煤火发展演化模拟实验装置中部以及西侧部分;高温区域纵深移动方向呈现非线性规律;高温区域在纵深蔓延过程中关键点温度呈依次降低的趋势,且下降到极限氧体积分数(1%～3%)的时间与其达到燃点温度时间相近;温度下降阶段,高温区域关键点在同层测点中下降趋势最慢;随着纵向深度增加,高温区域关键点燃点温度与峰值温度对应的时间差呈指数形式增长,关键点从燃点到达峰值的温度增长速率基本呈线性下降;高温区域关键点氧气体积分数快速下降阶段所经历的时间随着纵深的增加逐渐增大。研究成果可为煤堆、遗煤、...     

倾斜放置方式下煤自燃温度变化规律研究

煤自燃在实际现场中的发展过程十分复杂,自燃过程受到的影响因素诸多,关键点之一就是火源的温度变化,且在实际工况中,火源位置往往较为隐蔽,难以发现,导致温度变化方向及区域也难以跟踪确定。因此,在常温常压的实验环境中,对煤自燃发展过程的温度进行监测,分析倾斜放置方式下温度的变化规律,确定高温区域及其蔓延模糊路径,进一步分析火风压对高温区域温度变化的影响。研究表明：高温区域蔓延呈非线性变化,主要沿着炉体中部及东南侧的方向蔓延;在实验前期,温度对火风压的影响占据主要地位;实验后期则是标高差对火风压的大小起主导作用;浅部煤样温度变化主要受热传导作用影响,上部煤样温度变化除受到热传导作用外,还受到燃烧所产生的裂隙影响,下部煤样还受到火风压的作用,导致温度随层数加深逐渐降低。     

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。