水浸煤体自燃特性实验研究

为了研究煤体在水环境浸泡后的自燃特性,通过煤自燃程序升温实验装置,对预先处理的水浸煤样和原煤样进行程序升温试验,对比分析了两者的指标性气体产生率和耗氧速率,发现当煤体温度升高至130℃左右时,浸泡煤样耗氧速率及CO、CO2生成率大于原煤样,并且其C2H6、C2H4产生的温度较原煤样的110℃提前到了90℃。分析研究上述实验结果,这是由于水浸煤体含水量及煤分子结构发生变化而造成的。     

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。     

基于油浴程序升温试验系统的煤自燃特性研究

为了掌握煤自燃的规律,采用油浴程序升温试验系统,对亭南煤矿不同粒径煤样进行了程序升温试验,发现油浴程序升温试验系统比空气介质的程序升温系统稳定;可以采用CO和C2H4作为自燃预测预报的指标气体;亭南煤样自燃临界温度为55～70℃,干裂温度为90～110℃,煤样粒径越小则煤自燃的临界温度和干裂温度也越小;煤样耗氧速率、气体产生速率随煤温的升高而增大,煤样粒径分布范围越宽的煤样的耗氧速率越大.     

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。     

供风量对褐煤自燃特性参数影响的实验研究

为研究煤自燃时期生成气体对诱发瓦斯爆炸的影响,选取瑞安煤业4^#煤层褐煤为实验煤样,通过管式炉程序升温和色谱分析仪研究供风量为40、120、200 mL/min时对煤自燃时期生成气体的影响,得到不同温度条件下管式炉出口O2、CO、CO2气体摩尔浓度,并计算了褐煤低温氧化阶段耗氧速率、气体生成速率和放热强度与煤样温度之间的关系。结果表明:随着温度升高,煤样的耗氧速率、CO生成速率、CO2生成速率、放热强度与温度之间均呈指数关系变化;煤样的耗氧速率与放热强度呈线性递增关系,相同耗氧速率下,当供风量为120 mL/min时放热强度最大,当供风量为200 mL/min时放热强度最小。     

耿村煤矿2-3煤层自燃危险特性的程序升温实验研究

为了研究耿村煤矿2-3煤层的自燃危险特性,选取该矿13190工作面不同粒径的煤样,通过程序升温实验,对C2H4、CO、CH4、C2H6以及CO2等气体的耗氧速度和产生率进行了测定。实验结果表明:各气体的产生率和耗氧速度均随温度降低而减小,同时,煤样粒径越大,气体浓度越小,耗氧速度越小。从而说明此类气体可以作为煤层自燃判定的指标性气体,并且煤样粒径越小,采空区自燃危险性就越大。     

潞安集团一缘矿15~#煤吸附CO_2自燃特性变化规律实验研究

对潞安集团一缘矿15#煤分别通入30%和60%2种不同浓度CO2气体,吸附24 h后,结合程序升温氧化和热重差热分析实验,研究煤样吸附CO2后耗氧速度、CO产生率、特征温度等自燃特性参数的变化规律。     

高地温环境对煤自燃极限参数的影响研究

针对深井高地温环境对煤自燃极限参数的影响问题,利用程序升温实验研究的方法,进行煤样恒温40℃处理后程序升温和常温条件下程序升温的实验设计,研究煤样的自燃特性,计算两组煤样的耗氧速率、CO产生率、CO2产生率和放热强度,得出煤自燃极限参数的变化规律,实验结果显示:处理后升温的煤样耗氧速率、CO产生率、CO2产生率和放热强度均高于常温条件下升温的煤样,煤自燃极限参数中最小浮煤厚度和下限氧浓度值均减小,上限漏风强度值增大,并且变化率随煤温近似呈线性增长趋势,说明高地温导致煤体的氧化放热性增强,更容易蓄热升温,自燃危险性增大。     

挥发分对煤自燃特性影响的实验研究

为了研究挥发分对煤本身自燃能力的影响作用,在氮气环境中对同一处采集的煤样分别在300,600,900℃高温下进行了灼烧处理,获得了挥发分不同的5份煤样;利用自制的油浴式煤低温氧化实验系统对所得煤样进行了升温氧化实验,测得了不同温度下煤样罐出口中的O2,CO,CO2等气体的体积分数;推导了煤的耗氧速率与放热强度计算公式,结合实验数据,得到了不同煤样的耗氧速率及放热强度变化情况,以此来判断减少挥发分后煤的自燃能力强弱。结果表明,相同条件下,挥发分越低,煤的耗氧速率、放热强度越小,越不易自燃。     

沙坪煤矿煤炭自燃早期预测预报技术研究

以沙坪煤矿10#煤层煤样为研究对象,根据国家相关标准进行煤样基础参数测试,建立煤层自燃预测预报技术体系基础数据。利用程序升温氧化实验考察煤样在不同温度下气体产物的生成变化规律,优选出各煤层煤样自燃发火标志气体,并确定煤自燃过程中耗氧速率、CO产生速率、CO2产生速率、临界温度、动力学参数,形成体系并指导现场煤炭自燃早期预测预报工作。     

煤层气井水力压裂合适伴注气体的选择

为了选择合适的伴注气体,模拟真实的地层和施工压力条件,进行了煤样的多组分吸附-解吸实验,证实了煤层对CO₂的吸附解吸是不可逆的,多分子层吸附的CO₂占据微小的煤层孔隙后,会阻碍CH₄分子的解吸扩散,造成“气锁”伤害,而N₂是可逆的,可作为合格的压裂伴注气体.     

色谱分析在煤层发火早期发现技术中的应用

本文先采用色谱-质谱联用仪定性分析了南桐煤矿三井2402煤层的煤样,在不同温度下煤炭释放出的气体组分,并用气相色谱仪测定了O_2、N_2、CH_4、CO、CO_2、C_2H_4的含量,论证了CO、C_2H_4、作为煤层自燃发火早期发现的指标气体。该指标气体,对预报井下煤炭自然发火状况,对安全生产和煤炭的开采均具有重要意义。     

煤炭低温氧化自燃过程指标气体影响因素关联分析

对煤炭自燃指标气体问题展开了进一步的研究.经对比实验,分别找出当实验初始温度、程序升温速率、干空气流量、煤样粒度和煤样量等实验条件发生变化时,对煤自燃程序升温实验中气体产生规律造成的影响.并运用邓氏关联度分析法及斜率关联度分析法对实验数据进行定量分析,从CO的角度分析,初始温度的设定对CO气体产生规律的影响最大;从C2H4的角度分析,程序升温速率对C2H4产生规律的影响最大,煤样质量对其的影响次之.综合考虑,针对低温矿井煤矿的煤自燃程序升温实验,初始温度是影响气体产生规律的关键因素,煤样质量和程序升温速率次之.     

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。     

发耳煤矿近距离煤层自燃预测指标研究

为了提高发耳煤矿近距离煤层自燃预测的准确性,对发耳煤矿6个主采煤层的煤样进行程序升温实验,分别得到低温氧化阶段的临界温度、干裂温度和CO、C₂H₄等气体产生规律。通过分析煤样的耗氧速率、放热强度、气体比值与温度之间的对应关系,建立了发耳煤矿近距离煤层自燃预测及分级预警指标。结果表明:1煤层和3煤层的氧化性最强,7煤层的氧化性相对较弱。在低温氧化阶段,CO生成量随温度的升高显著增加,在110℃~120℃时开始产生C₂H₄,耗氧速率、CO产生率、CO₂产生率在70℃~80℃和130℃~140℃范围内出现2次明显的突变。通过对比、和气体比值进行分析,能消除实验条件的误差,提高近距离煤层自燃预测的准确性和灵敏度。     

徐庄矿八层煤自燃规律研究及指标气体优选

通过对新鲜煤样和氧化煤样的热解实验,研究了大屯煤电公司徐庄矿八层煤自燃发火特性,测定了实验煤样不同热解温度下CO、CO2、CH4、C2H4、C2H6和C3H8等气体浓度,分析了CO、CO2、C2H4等气体浓度随温度变化特性,得出了CO、C2H4气体随温度变化的规律,讨论了徐庄矿八煤预报煤炭自燃发火指标气体的选择.     

超临界CO2-水-煤相互作用后冲击载荷下煤的动态响应

CO2地质封存是一种能有效降低大气中CO2浓度的手段。我国存在大量关闭/废弃矿井且其地下空间并未得到有效利用,埋深超过800 m的关闭/废弃矿井是CO2封存的潜在目标。关闭/废弃矿井具有复杂的应力场、水动力场和化学场,大规模CO2注入后可能会诱发断层活化,进而造成动力灾害。为研究CO2注入关闭/废弃矿井中煤的力学行为,利用50 mm分离式Hopkinson压杆(SHPB)试验装置,对自然状态、饱水状态和超临界CO2-水-煤作用后煤样分别进行动态压缩试验,分析3种状态煤样试件在冲击载荷作用下的破坏形态、能量特征以及动态力学参数。试验结果表明:① 随应变率增高,相对于自然和饱水状态煤样,超临界CO2-水-煤相互作用后煤样的破碎块度数量更多,碎块粒径更小;② 随入射能增大,3种状态煤样的能量反射率、透射率及耗散率的线性变化趋势不同,超临界CO2-水-煤相互作用后煤样的能量反射率显著增高,能量耗散率显著降低;③ 超临界CO2-水-煤作用后煤岩材料性质发生弱化,在冲击载荷下通过微裂隙萌发扩展来提高耗散能密度,其动态抗压强度和动态弹性模量与耗散能密度间关系介于自然和饱水状态煤样之间。本次试验证实CO2-水-煤作用过程中发生的矿物化学反应、吸附膨胀诱导微观结构改变、裂隙表面能降低等因素能够明显影响煤样的动态响应特征。尽管本文的试验不能完全反映关闭/废弃封存CO2的真实情况,但为后续CO2-水-煤相互作用下煤样动态响应特征研究提供了借鉴。     

CO_2对煤升温氧化燃烧特性的影响

为了掌握CO2气体防治煤自燃的特性,采用TG-DSC联用分析系统测定煤样在不同CO2体积分数、不同升温速率时反应引起的质量、能量变化,研究CO2对煤升温氧化燃烧过程的影响。通过分析煤升温氧化燃烧过程的TG-DSC曲线,确定了煤氧化燃烧过程的特征温度变化规律,实验表明:煤样变质程度越高,TG曲线越向温度高的方向移动;特征温度T1,T2,T3在不同CO2/空气混合条件下失重曲线差异较小,在失重温度T4时,CO2体积分数越大,其TG,DTG曲线差异越大,着火温度、质量变化速率最大温度点及燃烬温度点延后。CO2体积分数影响了煤样放热强度,CO2体积分数越低,DSC曲线越陡,放热强度越高;CO2体积分数越高,曲线平缓,放热量小,燃烧点放热峰向高温区移动,反应得到了抑制。通过动力学分析计算得出:煤样在空气氛围下的活化能和频率因子均大于在通入CO2气体后,随着CO2体积分数的升高,表观活化能和指前因子减小速度加快,但反应速率常数也减小,表明CO2抑制了煤的氧化燃烧。     

气化参数对空气等离子体煤气化过程的影响

讨论了在水蒸气参与下的空气等离子体煤气化过程，结果发现：等离子发生器功率的增加，可以大幅度地提高煤气中H2，CO含量，降低CO2含量，同时也可大幅度地提高碳转化率．在保证进入反应器的煤粒有一定动量的前提下尽量减少空气量；水蒸气输入量适量增加有利于H2含量增加，过量的水蒸气将使碳转化率下降；加大反应器的煤处理量会带来碳转化率的降低；适当条件下煤的转化率可超过95％．气相产物中没有检测到甲烷．同时没有发现液相产物．