煤二次氧化的自燃特性实验研究

为了研究不同程度的预氧化对煤二次氧化的影响,采用程序升温试验装置先对2组煤样分别进行不同程度的预氧化,再与未做任何处理的原煤样共同程序升温至170℃。结果表明:预氧化温度越高,煤样生成C2H4和C3H6所需温度越低;通过对低温氧化阶段煤分子活化能的计算,得出预氧化170℃的煤样自燃倾向性最强;预氧化75℃的煤样,最大放热强度和耗氧速率大幅度提高,且超过预氧化170℃的煤样及原煤样。     

水浸煤体自燃极限参数和氧化动力学的研究

煤经水浸泡后的自燃特性会发生变化,为了研究水浸煤的自燃特性,采用煤自燃程序升温实验装置,进行经过3个月水浸泡煤样和原煤样的程序升温实验,研究煤的自燃特性。计算了两种情况下煤样的耗氧速率、放热强度,得出了煤自燃极限参数和表观活化能。煤经水浸泡后,煤分子的表面活性官能团增加,低温阶段的氧化放热性增强,自燃危险性增大。     

高硫煤二次氧化自燃特性参数的实验研究

为研究高硫煤矿复采工作面煤自燃预测预防的问题,采用程序升温实验方法对高硫煤的初次和二次氧化自燃特性参数进行了对比分析。结果表明:高硫煤在二次氧化低温阶段耗氧速率、CO产生率、CO2产生率和放热强度较初次氧化均有所上升,临界温度之后,二次氧化反应剧烈程度有所下降,且二次氧化与初次氧化指标气体不同;高硫煤中的Fe S2对煤氧吸附有一定的影响,初次氧化产生的H+对煤氧复合起促进作用,反应产物Fe(OH)3胶体降低了煤分子的孔隙率,阻碍了二次氧化的煤氧复合反应。实验结果为高硫煤矿复采自燃预报及封闭工作面启封后的防火工作提供了数据支撑。     

煤自燃动力学参数及氧化反应阶段实验研究

煤自燃现象会造成火灾,给煤矿的安全生产带来了极大威胁。为进一步认识煤自燃进程中不同氧化阶段的特性,开展了三种不同氧气浓度（11%、16%、21%）环境下的煤样程序升温实验,分析了交叉点温度、CO浓度、耗氧速率、放热强度以及表观活化能等重要表征煤自燃的参数变化规律,确定了氧化过程中的三种关键特征温度点,并依此划分了四个煤自燃进程中的氧化阶段,计算各氧化阶段的表观活化能,与前人的历史数据进行了对比验证。研究结果表明：在充足氧气浓度环境下,实验计算的交叉点温度为143.5℃,而且与经验公式的理论计算值误差仅为6.41%;CO浓度、耗氧速率、放热强度均随氧气浓度的增加而增加,且耗氧速率与放热强度符合线性表达式;煤样的临界温度、干裂温度、活性温度三个特征温度点分别为80.4℃、125.9℃,191.8℃;本文研究结果和历史数据均展示了表观活化能随自燃反应的进程呈现先增大后减小的趋势,其中阶段Ⅲ加速氧化反应阶段的表观活化能值最大,达到了52.06 kJ/mol。通过研究以期为煤自燃特性及防治提供一些基础参考。     

风化水浸煤微观特性及氧化性能实验研究

为揭示煤体水浸后在自然风干条件下的微观孔隙结构及氧化动力学参数的变化规律,本文选取永陇矿区麟游区1^#堪察区崔木矿侏罗纪延安组3^#煤层水浸煤样作为研究对象,实验测定了煤样水浸风化前后煤样的微观孔隙结构变化,以及煤样在高温氧化阶段及低温氧化阶段标志性气体析出浓度变化,并诠释了水浸煤自然风化过程及遗煤氧化影响因子。研究结果表明：大孔占煤样总孔隙的百分比由原始煤样中的36.71%增加至水浸60 d后煤样中的46.78%,孔径介于10～1 000 nm的中孔占煤样总孔隙的百分比变化趋势不明显,微孔占煤样总孔隙的百分比由原始煤样中的31.20%降低至23.18%,其总孔隙面积并未呈现出明显增加,但煤样的平均孔径、渗透率、孔隙率发生了明显变化;外在水分对遗煤内部羰基、羧基等含氧官能团含量的提高起到促进作用,而遗煤内部进一步增强了煤的自燃倾向性,含氧官能团的增加也进一步使得遗煤在自然发火进程中生成的CO气体产物多于原始煤样;原始煤样初次及二次氧化升温、降温过程中低温氧化阶段与高温氧化阶段的表观活化能平均值为44.06,长期水浸风干煤样初次及二次氧化升温、降温...     

煤样二次氧化过程中自燃特性规律研究

通过煤自燃程序升温试验台,对煤体进行初次氧化升温、绝氧降温封闭处理后二次氧化升温实验,研究了在二次氧化过程中各特征气体产生浓度以及耗氧速度的变化,并对比初次氧化得出煤样二次氧化的自燃特征气体产生浓度及耗氧速度的变化规律,为火区启封判断条件提供理论依据。     

煤自燃氧化升温快速实验研究

提出一套系统简单、快速确定煤自燃性的实验装置，并用此装置对影响煤自燃性有关因素进行了实验研究，得出了不同氧化始温、不同煤样、不同氧化剂、不同氧化浓度条件下煤的自燃氧化升温规律。     

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。     

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。     

不同氧气浓度下采空区煤自燃极限参数研究

为了研究氧气浓度对煤自燃极限参数的影响规律,采用自燃程序升温实验测试阜生煤矿煤样在氧气浓度分别为21％、17％、11％、9％和5％等5种条件下的低温氧化特性,得到了不同氧气浓度下煤样氧化耗氧速率及放热强度,计算得到煤样自燃极限参数.研究结果表明:采空区环境中氧气浓度减小会显著抑制煤活性结构的低温氧化反应,导致煤低温氧化...     

长期水浸焦煤风干氧化自燃特性研究

采空区遗煤被水长期浸泡之后,当水分被排除会更容易自燃。为了研究焦煤长期水浸后自燃特性变化,以西曲矿4~#煤为研究对象,对煤样用蒸馏水浸泡30~90 d,在25℃条件下真空干燥箱内干燥72 h后,采取程序升温、红外光谱、比表面积和孔隙分析等测试对比原煤和经过不同浸水时间的焦煤的氧化自燃特性。结果表明:水浸风干后的煤样的自燃特性增强,氧化升温会产生更多的CO、CO_2等产物,孔隙和裂隙增加,孔直径、比表面积和孔体积随浸泡时间增长而增大,但增加的幅度逐渐减小;-OH、-CH_2、-CH_3、C=O等有利于煤自燃活性基团增多。长期水浸对焦煤自燃具有一定的促进作用。     

复采煤层氧化煤的自燃特性研究

针对复采煤层的煤的自然发火现状,分析荆各庄矿的4种不同复采时间的氧化煤自燃特性的差异。采用程序升温-气相色谱联用实验,对比不同复采时间煤样的自燃氧化过程中的特征气体含量变化和自燃倾向性变化。结果表明:4种煤样产生的CO体积分数在170℃前后呈现不同的变化规律;复采时间越长的氧化煤,煤样产生CH_4、C_2H_4、C_2H_6气体的时间越晚;通过对不同煤样交叉点温度和FCC复合指标的综合分析,得出短时间复采的煤样其自燃氧化能力强于长时间复采的煤;在同一种煤的低温段和高温段,自燃倾向性也随着表观活化能在不断变化。     

煤自燃高温贫氧氧化燃烧特性参数的实验研究

针对现有煤自燃特性参数测试装置的特点和不足,根据煤田火区高温、贫氧的燃烧特点,设计建造了XKGW-1型煤田火区燃烧特性参数测试实验装置。利用该实验装置模拟了煤田火区的燃烧过程,得到了煤样从常温到600 ℃高温过程中的宏观特性参数规律。实验结果表明,煤样可以在高温、贫氧浓度条件下,继续发生反应,放出大量的热量,维持火区的发展扩大。在火区发展演化的过程中,煤样的升温速率会因水分蒸发等原因出现减小的现象,但总体呈增大趋势;煤样的耗氧速度在50 ℃之前特别缓慢,之后迅速增大,氧浓度急剧减小,当煤温升高到约130 ℃左右,氧气浓度降低到3%以下,并持续缓慢降低;CO和CH4的产生量的变化规律相似,都随煤温的升高而升高,并且在110 ℃之前产生速率较慢,之后逐渐增大;CO2,C2H4,C2H6的产生量的变化规律相似,均随煤温的升高先增大后减小,但峰值点所对应的煤温有所不同。     

基于热重红外联用的煤二次氧化自燃特性研究

为探究煤二次氧化的自燃特性,采用热重、红外光谱联用的实验方法,对原煤样及预氧化煤样进行对比研究,结果表明：原煤样及预氧化煤样的总反应历程相似;随着煤的预氧化程度的加深,煤样燃点之前的特征温度先降低后增高,燃点之后的特征温度变化则不明显;随着煤的预氧化程度的加深,煤样燃点之前的逸出气体量先增加后减少,燃点之后则基本不变;预氧化煤样的活化能比原煤样有所下降,且随着预氧化程度的加深煤样的活化能先降低后增高,其中预氧化至160 ℃时煤样活化能达到最低。因此,预氧化煤样的氧化性要强于原煤样,更容易发生自燃。     

二次氧化煤燃烧和灭火过程的实验研究

采空区遗煤属于二次氧化煤,遗煤自燃严重威胁着煤矿安全生产。 氮气可作为灭火剂对 遗煤自燃进行抑制。 为研究氮气对二次氧化煤的影响,本文采用了热重分析和程序升温系统分 别对升温过程和灭火过程进行了实验与分析。 在升温过程中,随着氮气浓度的增加,特征温度均 有所上升,氮气对二次氧化煤的燃烧具有抑制作用。 在降温灭火过程中,以温度和指标气体CO 浓度作为监测参数,对其灭火效果进行实验。 分析发现,在程序升温到400℃的二次氧化煤中通 入氮气与空气的混合气体,当氮气与空气的体积比为50% /50% 时,较自然降温的时间节约了 38.0% ,CO浓度降至0所需的时间减少了42.1% 。 氮气浓度越高,二次氧化煤的灭火时间越快, 生成的产物越少,灭火效果越好。     

粒径对煤低温氧化阶段表观活化能影响试验研究

为探究不同粒径对煤自燃表观活化能的影响,对青龙煤矿三个煤层的不同粒径煤样进行程序升温试验,分析其耗氧速率、CO和C2H4产生规律,得到不同煤样的临界温度点和干裂温度点,并据此将煤低温氧化过程分为3个阶段。通过建立的基于耗氧速率的阿伦尼乌斯公式对试验数据进行处理,得出各煤样不同阶段的表观活化能和指前因子。结果表明：处于相同变化阶段的煤样表观活化能随粒径的增大而增大|对相同粒径煤样而言,若S1阶段的指前因子变化较小,其表观活化能随反应的进行而增大,若S1阶段的指前因子变化较大,则其S1阶段表观活化能大于S2阶段。5～7mm粒径作为临界粒径,其S1、S2阶段表观活化能相较大于其他粒径。混合粒径煤样各阶段的表观活化能较小。对比各组煤样的表观活化能可知,在相同的情况下,18#煤层发生自燃的难度相对较大,16#煤层次之,17#煤层难度相对较小。     

采用快速氧化实验研究大同煤的自燃特性

采用辅助热源外加热实验装置,得到了煤样快速氧化的温升速率、耗氧速率、一氧化碳以及二氧化碳气体生成速率;根据实测的自燃过程特性参数,将煤低温氧化过程分为潜伏期阶段和自热期阶段.潜伏期阶段氧气消耗量较少,自热期阶段会生成大量的一氧化碳和二氧化碳气体.在低温氧化过程的2个阶段,分别确定出煤氧化的耗氧速率计算表达式,得到了煤低温氧化过程的动力学参数活化能和指前因子.     

预氧化对煤复燃极限参数影响的实验研究

为研究预氧化对煤复燃过程极限参数的影响,采用程序升温装置模拟了煤初次氧化与二次氧化过程,对比分析2次氧化过程中煤自燃耗氧速率、气体生产率、放热强度及极限参数。结果表明:氧化煤和原煤的耗氧速率、气体产生率和放热强度均随煤温的升高呈近指数规律增长,但氧化煤在70℃前稍高于原煤,70℃之后低于原煤;氧化煤与原煤发生自燃的上限漏风强度先降低后升高,下限氧浓度与最小浮煤厚度先升高后降低;从升温过程中煤体自燃的极限参数极值角度,氧化煤发生自燃的"门槛"降低,更易自燃。     

氯盐阻化剂抑制煤初次和二次氧化特性的实验研究

为了研究阻化剂对煤样初次与二次氧化特性的影响,选用KCl、Ca Cl2、Mg Cl2和Na Cl等4种常用阻化剂对原煤样和初次氧化煤样分别进行处理,通过程序升温实验,研究阻化剂对煤的两次氧化过程自燃特性的影响程度。研究结果表明:阻化剂对初次氧化煤样的阻化率影响较大,对二次氧化煤样的耗氧速率影响较大,对两种煤样自燃的临界温度均有较大的提高;阻化剂对煤的初次氧化和二次氧化过程均有较好的阻化作用,对初次氧化煤样的阻化效果更明显;4种常见的氯盐类阻化剂对煤样两次氧化过程阻化能力大小的排序均为Mg Cl2Ca Cl2Na ClKCl。