煤自燃指标气体产生规律及影响因素分析

在查阅了大量文献的基础上,对煤炭自燃指标气体展开了进一步的研究。通过煤自燃指标气体程序升温实验,研究了实验初始温度、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,煤自燃程序升温实验中气体产生的规律。实验表明,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。此研究成果对煤炭自燃防治工作具有指导意义。     

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.     

煤自燃特性的油浴程序升温实验研究

煤自燃严重威胁着煤矿的安全生产,研究煤的自燃特性,掌握煤自然发火规律,对预测和预防煤层自燃火灾具有重要的理论指导意义。采用油浴程序升温实验系统,分别对亭南煤矿和白胶煤矿不同粒度煤样进行程序升温实验,根据煤样氧化后出口气体浓度的变化分析,得出了不同煤样的耗氧速率、放热强度、气体产生速率等参数和与煤样温度的对应变化关系。通过分析计算,确定出了亭南煤样和白胶煤样的自燃临界温度,最后得出了煤样粒度对自燃临界温度的影响关系。     

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.     

易燃煤层自燃特性参数实验测试

利用程序升温实验和热重分析实验,以许厂煤矿煤样为分析对象,可以真实了解煤的自燃机理,掌握影响煤样自燃的因素,如氧气浓度、粒度、温度等,同时,也可以通过各种指标气体的产生规律来描述煤自燃状态。根据煤自燃测试得出的相关参数,测算出煤的放热强度、耗氧速率等特性参数,为煤层自然发火期预测及其易燃煤层自燃危险区域的确定提供了基础。     

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。     

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。     

变氧浓度条件下煤自燃特性参数实验测试

利用煤自然高温程序升温实验台对清水营煤矿煤样在变氧环境下的耗氧速率、气体释放速率及放热强度等自燃特性参数进行测试。测试结果表明:在不同氧浓度条件下,煤样的耗氧速率在不同阶段变化规律不同;在程序升温过程中,CO和CO2气体产生速度可预报煤层的氧化、自燃状况;在不同氧浓度下煤样的放热强度规律也很明显。测试结果为采空区遗煤自燃防治提供了理论基础。     

硫含量煤样自燃特性参数影响研究

根据程序升温实验原理,对不同黄铁矿硫含量的煤样进行程序升温实验,对潮湿环境下不同黄铁矿硫含量煤样的气体衍生规律及耗氧速率等特性参数进行了研究,宏观分析煤层中不同黄铁矿硫含量对耗氧速率、指标气体、放热强度等方面的影响规律。进一步了解硫对煤自燃的影响,为高硫煤层自然发火防治技术提供理论支持。     

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。     

温庄煤指标气体影响因素的灰色斜率关联度分析

为了准确地找出实验条件中影响指标气体产生的主要因素,利用灰色斜率关联模型,分别计算了温庄煤各指标气体生成量与实验的初始温度、温升速率、干空气流量、煤样质量的斜率关联度。计算结果表明,初始温度是影响指标气体产生的关键因素,煤样质量和干空气流量次之,程序升温速率最小。     

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。     

恒温下煤粉/生物质混燃特性及NO释放规律

利用自制的恒温热重测量实验台研究生物质掺混比、煤种、生物质种类及温度等因素对煤粉/生物质混燃特性及NO释放规律的影响。结果表明：生物质掺混比增大后,燃烬时间提前,NO析出率降低;生物质掺烧后对难燃煤种的燃烧特性影响较大,对含灰量高的煤种降低NO排放作用较小。生物质种类在反应初期对试样的燃烧特性曲线影响不大,但随着燃烧的进行,含灰量高的生物质对混燃特性的改善作用逐渐减弱。掺混高含氮量生物质,试样的NO析出率下降较大,但对于含氮量相差不多的生物质,含灰量越高,NO析出率下降越明显。温度在反应初期对燃烧特性的影响不明显,但对反应后期的燃烧特性影响显著。在所选的温度区间内,温度越高,NO析出率越高。     

煤氧化升温规律以及煤中加速反应区域探讨

对贫煤和褐煤两种煤样采用分阶段恒温加热的方法,得到煤温变化曲线以及在各温度情况下的升温速率。用马弗炉对少量贫煤和褐煤逐次进行多个温度下的长时间恒温加热,得到氧化后煤样的质量变化,将煤的氧化升温阶段分为水分蒸发阶段、增重阶段、失重阶段以及质量稳定阶段,以得到煤各个阶段加速反应区域与煤中活性成分的关系。     

温度对瓦斯放散初速度测定的影响研究

通过理论分析及在同一试验条件下,对不同温度下的煤样进行瓦斯放散初速度实验研究,得出了瓦斯放散初速度和温度差值存在着二次项关系,且温度越高瓦斯放散初速度越小。指出了瓦斯放散初速度测定必须在恒定温度下进行,对准确进行突出危险性鉴定有着十分重要的意义。     

温度和放散空间体积对等容变压法测定瓦斯放散初速度的影响分析

在煤矿煤与瓦斯突出防治工作中,瓦斯放散初速度（ΔP）是一个重要的指标。通过资料对比、理论分析、实验研究对瓦斯放散初速度测定中温度、放散空间体积等对测定的影响进行了研究。研究表明瓦斯放散初速度在煤样一定的情况下与放散空间体积和实验温度有关。随着温度的升高,瓦斯放散初速度减小,减小的幅度和煤样自身的瓦斯放散初速度大小有关。放散空间体积越大,瓦斯放散初速度越小;不同煤样放散空间体积对瓦斯放散初速度影响不同。建议瓦斯放散初速度测定应在恒定温度下进行,实验温度建议与井下温度相同,仪器的放散空间体误差应小于1 mL。     

不同初始应力下卸荷煤体氧化特性

为探讨不同初始应力下卸荷煤体氧化特性,采用程序升温实验、煤岩三轴蠕变实验、压汞实验对易自燃原煤样及其不同初始应力下卸荷煤样进行微观氧化特性对比研究。结果表明:宏观方面,不同初始应力下卸荷煤体比原始煤样更容易氧化,特征温度点下各实验煤样的CO产生量-应变曲线与轴应力-应变曲线具有相似的规律,且煤样氧化能力随初始应力大小变化曲线呈"驼峰状",当初始应力达到15 MPa,煤岩处于塑性变形裂隙扩展阶段,煤样卸荷后与氧气接触能力显著增强;初始应力达到25 MPa,煤岩处于应变软化阶段,煤样卸荷后与氧气接触能力最强,间接增强了煤样的氧化能力。不同初始应力下卸荷煤体的特征温度点均提前于原始煤样,使得发生氧化自燃的时间提前。微观方面,煤体总孔容和孔径分布共同制约着氧化反应进程,初始应力使煤体的孔容积、孔径增大,小孔和微孔是O_2与煤基质氧化反应区域的主要贡献者,小孔、微孔孔容值和比表面积随初始应力的变化趋势与实验煤样氧化能力随初始应力变化趋势相同。根据实验结果,随着煤层埋深增大,地应力增高,采动卸荷后煤体氧化危险程度增大;当煤层赋存地应力随埋深达到临界值后,采动卸荷后煤体氧化危险性程度将会降低;对于同一开采水平,应力相对集中区卸荷后煤体将更易发生氧化自燃,其氧化难易程度与煤体强度、赋存应力存在一定关联。     

褐煤的热处理及其提质煤在CO2气氛中的热解气化行为

为了考察预处理对褐煤后续热转化行为的影响,以内蒙古胜利褐煤为研究对象,分别在不同气氛和温度下对其进行热处理,并使用热重分析仪对预处理提质煤样进行CO2气氛下的热解气化研究。研究结果表明,在Ar,CO2气氛下热处理的褐煤表面的各类含氧官能团含量随其受热温度的升高逐渐减少,部分脂肪侧链断裂脱落,芳香氢有所增加;在空气气氛下热处理后,煤表面发生氧化,随着温度的升高,羟基减少,羧基、羰基以及醚键都逐渐增加,脂肪氢有所减少。在Ar,CO2气氛下预处理褐煤的热解、气化行为相差不大,而空气预处理后的褐煤有着较大的气化速率,最大气化速率温度也相应提前;预处理温度升高,会导致褐煤热解的起始温度推迟、热解速率减慢,以及在气化阶段最大失重率的略微增加。     

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。