弱黏煤氧化过程中的燃点及微观结构变化特性研究

利用煤燃点测定仪、比表面积及孔径测试仪和红外光谱仪,研究弱黏煤在不同温度预氧化的煤样燃点、比表面积和官能团变化规律,以揭示弱黏煤在氧化过程中燃点、比表面积、孔径和官能团变化特性。研究结果表明:随着预氧化温度逐渐升高,燃点出现波动但整体呈降低趋势。初次氧化后,煤样的比表面积增大约4倍;二次氧化后,煤样的比表面积比新鲜煤样的比表面积增大约32倍。新鲜煤样以大孔为主,中孔和微孔所占比例很小;初次氧化后,大孔比例急剧下降,中孔比例急剧升高且占主导地位;二次氧化后,煤样空隙体积减小,其中中孔体积急剧减小,微孔体积的比例迅速升高且占主导地位。随着预氧化温度升高,含氧官能团数量增加,饱和烃官能团数量减小,芳香环官能团数量基本不变。     

新疆弱粘煤自燃氧化特性试验研究

为了对急倾斜特厚煤层上分层老空区遗煤自燃危险性进行早期预测预报,以新疆乌东煤矿南采区弱粘煤新鲜煤样(初次氧化)和氧化煤样(二次氧化)为研究对象,研究弱粘煤二次氧化自燃特性,及预氧化煤样微观变化特性。实验采用程序升温实验装置研究气体产物释放规律,DSC差示扫描量热仪测试初次和二次氧化煤样的放热特性,及利用红外光谱仪不同温度预氧化煤样官能团规律。研究结果表明:二次氧化煤样的指标气体浓度、产生速率和放热强度均小于初次氧化;随着预氧化温度逐渐升高,含氧官能团含量逐渐增加,脂肪烃含量逐渐减少,芳香环含量基本保持不变。     

水浸煤二次氧化特性研究

为了研究水浸煤二次氧化特性参数,对实验的6种煤样进行程序升温实验,检测其比表面积及孔径并进行分析。结果表明:预氧化后的水浸煤较预氧化后的原煤二次氧化气体生成速率及放热强度均有所增大,并且随着预氧化的温度升高,气体生成速率及放热强度也有所增大;预氧化后的水浸煤活化能较预氧化后的原煤和未氧化的原煤均低,随着预氧化温度的升高,活化能也有所降低,导致其自燃倾向性增加;水浸煤比表面积在同等条件下远大于原煤,随着预氧化温度的提高,原煤和水浸煤的比表面积均呈现下降趋势;二次氧化对实验所用的原煤、水浸煤的最可几孔径几乎没有影响,均为4 nm,在最可几孔径下,煤的微分孔体积/平均孔径随着预氧化的温度升高而逐渐降低。     

预氧化对煤表面关键官能团影响的实验研究

为探讨氧化后煤表面关键官能团的演化规律,对六家褐煤、四台褐煤、同忻烟煤和白芨沟无烟煤进行了预氧化处理,预氧化温度为50、120、200℃,预氧化时间为6 h;采用傅里叶变换红外光谱仪对原始煤样和预氧化煤样进行红外光谱测试,获得氧化前后煤表面关键官能团的变化规律。结果表明:预氧化过程不会改变煤样官能团种类,只会改变其含量大小;预氧化温度越高,在初次氧化过程中参与反应的-OH官能团数量越多;200℃预氧化6 h后,六家褐煤预氧化煤样中-OH官能团含量较原始煤样下降51.43%,说明预氧化过程对变质程度低的煤种影响更大;同一煤种的各预氧化煤样,随着预氧化温度的升高-CH_2-、-CH_3和-C=O官能团数量较原始煤样都呈现出先升高后下降的趋势;其中,预氧化温度为50℃的预氧化煤样中-CH_2-、-CH_3和-C=O官能团数量较原始煤样升高,而预氧化120℃和200℃的预氧化煤样中-CH_2-、-CH_3和-C=O官能团数量较原始煤样降低;当再次发生氧化时,50℃预氧化煤样较原始煤样生成CO、CO_2、C_2H_4和C_2H_6等气体初始温度更低、生成量更大,120℃和200℃预氧化煤样则相反。     

表面活性剂对煤体孔隙结构影响的实验研究

为研究表面活性剂对煤体孔隙结构的影响,选用不同浓度的十二烷基苯磺酸钠溶液处理煤样,进行低温氮吸附实验。结果表明:表面活性剂处理后的煤样的平均孔径逐渐减小,两者呈负指数关系;表面活性剂处理后的煤样的总比表面积降低,与表面活性剂浓度呈幂函数关系,微孔的比表面积占比减小,中孔与过渡孔的比表面积占比增大;表面活性剂处理后的煤样的总孔体积也降低,两者符合幂函数关系,各孔径下孔体积占比变化不明显;表面活性剂处理后的煤样的分形维数增大,两者符合幂函数关系。     

不同化学预处理对神府煤粉孔隙结构特征的影响

为给制备煤基纳米复合材料提供参考,对利用酸脱灰、碱脱腐植酸、空气氧化3种化学预处理方法制备的神府脱灰煤样、脱灰脱腐植酸煤样和脱灰氧化煤样,采用低温液氮吸附试验对各煤样的孔隙结构特征进行了研究.结果表明:酸脱灰、碱脱腐植酸、空气氧化处理对煤粉的孔径分布有明显影响,化学预处理后煤粉的总孔容和比表面积均减小,平均孔径增大,各孔径段孔隙数量减少,其中微孔数量减少最为明显.化学预处理过程对煤样的孔隙类型影响较小,原煤样和预处理煤样均以一端封闭的不透气性孔为主.神府煤粉经过以上3种化学方法处理后,其比表面积和孔体积分形维数均减小,孔隙结构特征得以改善,煤粉孔隙系统复杂程度降低,更适合作为制备煤基功能复合材料的基体.     

2种氧化剂对贫煤孔隙特性影响的对比研究

为探讨过硫酸铵与二氧化氯对贫煤孔隙特征的影响,优选出更加适合贫煤储层改造的氧化剂,对采集自大平矿与告成矿的贫煤煤样进行压汞实验,分析讨论了过硫酸铵与二氧化氯对煤样孔隙度、分形维数和排驱压力等储层基本特征参数以及孔体积、比表面积及其分布的影响。结果表明,二氧化氯能够有效提高煤储层的孔隙度,减小其孔比表面积及分形维数,过硫酸铵则可能导致煤储层总体孔隙度降低,减小孔比表面积,增大其分形维数。二氧化氯与过硫酸铵作用后,煤样大孔孔体积所占比例增加,中、小及微孔体积比例减小,使孔隙分布更加均匀,各类孔比表面积分布变化不大。因此,二氧化氯与过硫酸铵均能够对贫煤储层进行氧化刻蚀,降低其亲甲烷能力,而二氧化氯对煤层气解吸运移的促进作用要优于过硫酸铵。     

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。     

沁水盆地南部煤层气储层纳米级孔隙特征研究

纳米级孔隙是煤储层吸附甲烷的主要场所,通过对沁水盆地南部4个矿区12个代表性煤样的液氮吸附实验,详细分析了煤的纳米级孔体积、比表面积、孔径分布及孔形结构等孔隙特征(1.5¹00 nm);并探讨了孔体积和比表面积与煤变质程度、显微组分和矿物质含量的关系。研究结果表明:煤中BJH孔体积为0.000 5100 nm);并探讨了孔体积和比表面积与煤变质程度、显微组分和矿物质含量的关系。研究结果表明:煤中BJH孔体积为0.000 5⁰.003 45 cm3/g,BET比表面积为0.1960.003 45 cm3/g,BET比表面积为0.196².654m2/g。煤样纳米级孔体积由过渡孔(102.654m2/g。煤样纳米级孔体积由过渡孔(10¹00 nm)主导,而比表面积由亚微孔(1.5100 nm)主导,而比表面积由亚微孔(1.5⁵ nm)控制。实验煤样的吸附回线可以分为4类,根据吸附回线可将实验煤样的孔形结构分为半封闭孔、开放孔、细瓶颈孔。随变质程度增高,孔体积和比表面积均表现出先降低再增加的趋势;比表面积与镜质组含量存在微弱的正相关关系,而与矿物质含量的关系则相反。     

脉动水力压裂煤层微观结构变化及其工程实践

为了研究脉动水力压裂煤层微观结构变化,对取自杨柳矿、顾桥矿和丁集矿的煤样进行脉动水力压裂实验室实验,通过压汞实验和CO_2气体吸附测试分析原煤样和水力压裂作用下煤样孔隙特征变化规律。结果表明:原煤大孔隙阶段的孔隙连通性明显优于中孔隙阶段;煤体孔隙度、孔隙总体积、总表面积和微孔比例随着煤阶的升高而增加,中孔比例随着煤阶的升高而减小,大孔比例则随着煤阶的增加呈"减少-增加"趋势。脉动水力压裂作用后,孔隙度明显增加,而水分对孔隙连通性影响较小。脉动水力压裂使煤样孔隙总表面积、微孔体积和微孔比例减小,总孔隙体积、中孔比例、大孔体积和大孔比例增大。     

粒度对煤吸附/解吸一氧化碳的影响

CO常作为有效标志气体用于煤自燃预报预警,采空区自燃封闭后CO迅速降低甚至消失的致因尚不明晰,影响煤自燃程度的精准判定。为深入研究煤体对CO气体的吸附/解吸特征,采用压汞和液态氮气吸附实验,测试研究煤样孔隙结构;利用自主研发的气体吸附/解吸装置,在303.15～333.15 K与0.15～0.50 MPa条件下,探索不同粒度煤样对CO气体吸附/解吸特性的影响,并深入分析CO的吸附速率和解吸滞后效应。结果表明：灵新矿不黏煤煤样的孔容以大孔和过渡孔为主,分别占33.02%和38.26%;孔比表面积以微孔和过渡孔为主,共占97.73%。粒径减小,微孔孔容与孔比表面积所占比例增加,过渡孔和中孔的孔容与孔比表面积所占比例减小,不同粒径煤样对CO气体吸附量与压力成正比;压力一定时,CO吸附量与温度成反比;同温同压条件下,煤样粒径越小,CO吸附量越大;相同温度下,煤对CO饱和吸附量与粒径呈正相关关系,CO解析过程中,粒径减小,饱和吸附量a值增大;煤样对CO吸附速率可划分为3个阶段：0～750 s为快速上升期、750～2 250 s为缓慢上升期、2 250～3 600 s为饱和平衡期;不同粒径煤样CO...     

煤的孔隙分布对其吸附解吸特征的影响

为了研究煤的孔隙分布规律对其吸附解吸特征的影响,对干燥煤样进行了压汞实验和等温吸附解吸实验。结果表明,煤的吸附解吸过程具有不可逆性和解吸过程的滞后性,滞后的主要原因是实验煤样孔径为100 nm以下的孔隙比较发育,容易形成毛细凝聚;煤样中孔隙的比表面积主要被过渡孔和微孔所占据,微孔的比表面积占总表面积比例分别为68.82%和72.96%,这决定了煤的吸附能力。     

易自燃煤层静态吸氧量影响因素实验研究

为了控制易自燃煤层自然发火问题，采用ZRJ-1型煤自燃倾向性测定仪，分别就粒度、温度以及孔隙发育3种因素对静态吸氧量影响规律展开研究。结果表明：煤层静态吸氧量随粒度增大先增加，粒度为35～60目达到最大吸氧量，随后减小|随温度升高静态吸氧量先增加后减小，100℃时最大|大孔和中孔是煤孔隙体积主要构成，孔隙比表面积占比约10%，在升温氧化过程中对吸氧量影响较小，而过渡孔和微孔孔隙比表面积占比分别为75%和15%，对吸氧量影响大。     

突出煤样孔径分布研究

为了研究突出煤样的孔径分布特征,选取洛阳义安矿业有限公司正村煤矿突出区域和非突出区域的煤样进行比表面积及孔径分析,结果表明:无论是突出煤样还是非突出煤样,孔体积均随着孔径的增大而逐渐增大,并且孔体积的增长呈现先增大后减小的发展趋势,在同样的孔径下,突出煤样的孔体积均较非突出煤样有所增大;突出煤样的最可几孔径较非突出煤样有所减小,而在同样孔径条件下,微分孔体积有所减小。     

基于液氮吸附实验探讨煤变质作用对煤微孔的影响

针对46块不同煤阶的煤岩样品,在低温液氮吸附试验的基础上,结合镜质体反射率测试、工业分析和扫描电镜实验手段,从吸附-脱附曲线形态、孔径分布、FHH分形特征等几个方面对煤储层微孔特征进行研究,全面分析了煤的变质作用对煤中微孔体积、BET比表面积等的影响。结果表明:随着煤阶的升高,煤储层孔隙类型由开放性透气孔向一端封闭的不透气孔、墨水瓶形孔转变;微孔所占总孔容的百分比整体上显现递增的趋势;微孔体积和BET比表面积随煤阶的升高呈现出高—低—高的变化规律,其最低值出现在烟煤和无烟煤煤阶间。     

构造变形对煤孔隙发育特征影响的研究

为了研究构造变形作用对煤孔隙发育程度和结构特征的影响,采用压汞法对不同构造变形程度的煤样进行了试验,分析煤的孔容、孔隙度、中值孔径、退汞效率、饱和度中值压力以及孔径分布和孔隙形态特点。通过对不同构造变形程度的煤进行相互对比,以及与原生结构煤对比分析。试验结果表明:随着构造变形程度加深,煤的总孔容、孔隙度、中值孔径逐渐增大,而退汞效率和饱和度中值压力逐渐减小;中孔和大孔增多,而微孔和过渡孔没有明显变化;微孔占比降低,中孔所占比升高,过渡孔和大孔占比变化不明显;开放孔逐渐增多,半封闭孔减少。     

不同软硬煤的结构差异性研究

为研究不同软硬煤的微结构差异性特征,以山西潞安王庄煤矿为工程背景,针对6种不同软硬煤样,采用电镜扫描(SEM)分析了表面形貌特性,并结合低温液氮吸附法研究了软硬煤的孔隙结构特征,对不同变质变形程度煤样的微结构差异性进行了对比分析。研究结果表明:构造变形对软煤的表面结构有显著影响,软煤较对应的硬煤表面更粗糙,拥有更复杂的表面孔隙结构;煤化作用对孔隙结构具有差异显著,煤的孔径随变质程度的增加而逐步变小;孔总比表面积随煤化程度的加深而变大,所有煤样微孔比表面积所占比例均超过了60%,比表面积主要由微孔贡献;软煤的平均孔径始终小于对应的硬煤,而孔比表面积始终大于相应的硬煤;构造变形使得煤体结构变得更复杂,构造软煤具有超前演化特征。     

外在水分对长焰煤孔隙结构及自燃特性的影响研究

为了研究煤体浸水后的孔隙结构和氧化自燃特征，将长焰煤制备成含水率为4%～20%的水浸煤，采用全自动比表面积分析仪和同步热分析仪分析原煤及水浸煤的孔隙结构特征和热失重规律，得到原煤及水浸煤的特征温度，并通过动力学分析计算出表观活化能。结果表明：随着煤中含水量的增多，煤比表面积和平均孔径逐渐增大，同时，高位吸附温度和干裂温度逐渐增大，即30～125℃内，水分对煤氧反应的抑制作用占主导地位；当温度超过125℃后，水浸煤的质量最大值温度和燃点温度均低于原煤；煤中水分蒸发，水浸煤的较大孔隙有利于氧气吸附，主要表现为促进作用，且含水率为12%的煤样的表观活化能最小，促进效果最佳。     

基于小角X射线散射的灰分对煤孔隙结构的影响研究

为研究灰分对煤孔隙结构的影响,采用小角X射线散射(SAXS)定量解析了4个低挥发分烟煤脱灰前后的散射曲线和孔隙参数的变化规律。结果表明,所有煤样灰分主位于散射矢量1.0~2.0 nm-1(对应孔隙尺寸3~6 nm)区间;所有煤样Porod曲线呈正偏离;相比未脱灰样,脱灰样孔隙数量、孔体积、孔比表面积和孔表面分形维数增大,微孔比例增加,最可几孔径和平均孔径下降。结论表明SAXS能够有效地表征煤中孔隙分布。     

煤的吸附孔结构对瓦斯放散特性影响的实验研究

为揭示煤的吸附孔结构对瓦斯放散特性影响机理,选择新疆阜康矿区典型矿井煤样,进行低温氮吸附及瓦斯放散初速度实验,研究了煤的吸附孔特征参数及其对瓦斯放散初速度的影响。结果表明:实验范围内阜康矿区煤的吸附孔中瓦斯的主要放散方式是Knudsen及过渡型;吸附孔各参数对瓦斯放散特性的影响不同,平均孔径越大,瓦斯扩散阻力越小,瓦斯放散初速度越大;孔隙及各孔径下的比表面积和孔容越大,瓦斯放散初速度越小;瓦斯放散初速度与微孔和过渡孔的孔容占比为负线性关系,与中孔的孔容占比为正线性关系,与各孔径下比表面积占比无明显关系;煤的孔隙在研究尺度范围内分形特征显著,瓦斯放散初速度随分形维数的增大而线性减小。