基于绝热氧化试验结果的煤自燃预测模型研究

为提高煤自燃绝热氧化试验结论的可靠性、完整性及应用性,采用绝热氧化试验方法研究褐煤和烟煤2种煤样的自燃氧化现象,根据试验结果,建立煤自燃特性预测模型,模拟褐煤和烟煤的升温速率和氧化过程,用试验数据验证模型的有效性;用验证后的模型预测不同煤质参数、动力学参数条件下煤的自燃特性。结果表明:试验和模型预测的最短着火时间褐煤分别为5.6和5.1 h,烟煤分别为43.8和42.2 h。该模型能够辅助试验获得完整的升温曲线,预测煤氧化升温到着火点所需要的时间。     

不同自燃倾向性煤的指标气体产生规律实验研究

为研究不同自燃倾向性煤的自燃指标气体变化规律,提高对煤早期自燃预测预报的准确度,采用程序升温实验系统,得到内蒙古褐煤、神东长焰煤、河南气煤及枣庄焦煤4种不同变质程度煤的氧化时间随温度的变化关系,以及指标气体浓度在煤氧化过程中的变化规律。结果表明:自燃倾向性最高的褐煤应以CO和乙烯作为煤自燃早期预报的首选指标气体;易自燃的长焰煤应采用乙烯和烯烷比为主、以CO为辅的煤自燃判定指标;自燃倾向性较低的气煤应以乙烯和烯烷比作为煤自燃预报指标;CO是自燃倾向性最低的焦煤的最佳自燃预报指标气体。     

水浸干燥作用对煤自燃特性及预测指标影响研究

为研究水浸干燥作用对煤自燃特性的影响,采用真空干燥法与自然风干法分别处理水浸过的煤样,通过程序升温试验测试原煤样与处理后的2种煤样在氧化过程中产生的CO体积分数和C_2H_4体积分数,根据CO体积分数增长速率突变点和C_2H_4产生温度分别计算3种煤样自燃特征温度,分析水浸干燥作用对据煤样自燃特征温度的影响;通过氧化放热公式计算3种煤样的耗氧速率和放热强度,分析水浸干燥作用对煤样氧化放热性能的影响;最后分析水浸干燥作用对格雷哈姆系数R_2、R_3和链烷比预测煤自燃特征温度准确性的影响。结果表明:水浸干燥作用改变煤的自燃特性,升高煤自燃特征温度,降低煤氧化放热性能,使格雷哈姆系数R_2、R_3预测煤自燃特征温度的准确性降低,但对链烷比预测煤自燃特征温度的准确性影响较小。     

煤自燃特性及自然发火预测预报指标体系研究

以梁宝寺矿3号煤层为背景,采用色谱吸氧法和氧化动力法对其自燃倾向性进行了对比分析。同时,通过煤氧化升温热解实验对其升温过程中各气体随温度的变化规律进行了分析,以实验所得和灰色关联分析所得定性和定量相结合的方式,优选出了不同温度阶段煤自然发火预测预报所对应的第一、第二和第三预测指标,建立了煤自然发火预测预报体系,为有效抑制该矿及同类矿井火灾的发生具有重要意义。     

不同变质程度煤自燃特性及低温氧化动力学分析

为了研究不同变质程度煤在低温氧化自燃过程中的特性,以及煤样变质程度对煤自燃过程的影响,利用程序升温试验系统研究了不同变质程度煤在低温氧化阶段气体与特征温度变化规律。通过计算其耗氧速率、放热强度,分析了耗氧速率、放热强度与温度之间的对应关系。同时分析了煤样变质程度对CO、CO₂气体及耗氧速率、放热强度的影响规律。根据程序升温的试验条件和阿伦尼乌斯公式建立了CO与温度的计算模型,分析了该方程的线性回归直线斜率,计算了不同变质程度煤低温氧化活化能,分析并印证了煤样变质程度与活化能之间的关系。根据不同煤质工业分析指标试验结果,进一步阐述了各煤种主要煤质工业分析指标的差别,分析了主要指标与煤程序升温试验自燃氧化参数的相关性,同时分析了主要工业分析指标对各特征参数的影响。结果表明:煤在低温氧化自燃过程所产出的CO和CO₂气体释放量、耗氧速率及放热强度均随温度升高而呈指数级增长;随煤样变质程度增加,CO和CO₂气体、耗氧速率、放热强度变化较小;煤的变质程度越高,特征温度和活化能越大;煤样自燃的可能性越小,危险性越小;结合煤样工业分析与活化能发现,水分、灰分、挥发分含量与活化能呈负相关。     

基于失碳速率的煤氧化动力学模型研究

碳元素脱离煤体转移到气态产物中是煤低温氧化过程的一个重要特征.通过对煤自燃气体产物生成特征的研究,提出失碳速率的概念,建立了相应的氧化动力学模型,并从理论及实验两方面予以验证.该模型可较准确地描述煤在程序升温条件下从常温氧化至110℃的过程中失碳速率的变化特征.研究表明,自燃倾向性不同的煤其失碳速率有较大的差异,同一种煤在不同温度段内失碳速率也不同,其活化能和总指前因子均有较大改变;不同温度阶段煤氧化的内在作用机制存在较大差别,仅以某一温度段的特性来衡量煤氧化能力的强弱并不全面.     

煤油共生矿区含油煤层自燃特性试验研究

为研究煤油共生矿区煤自燃特性,利用煤氧化动力学测定系统,测试原煤样与含油煤样。根据煤自燃倾向性判定标准、耗氧速率及煤氧复合反应理论,分析试验结果。以铜川下石节煤矿煤样和原油样品(煤岩渗出的油,文中称为原油)为例,向原煤样中添加一定量的原油制备含油煤样,通过试验获得原煤样与含油煤样低温阶段(30~240℃)的自燃特性参数。研究结果表明,2种煤样自燃倾向性等级均为自燃,但原煤样更接近于易自燃;相同温度条件下含油煤样的耗氧速率、CO与CO2的生成量均比原煤样小;在低温氧化阶段,造成上述结果的主要原因是,原油充填了煤样的部分空隙和孔隙,阻碍了煤氧复合反应。     

遗煤二次氧化过程中自燃极限参数变化规律试验

为研究煤体一次和二次氧化过程中自燃极限参数的变化规律,运用程序升温试验台,对弱黏煤、1/3焦煤、贫煤进行一次氧化升温,经绝氧降温后进行二次氧化升温,对比分析3种烟煤两次氧化过程中的耗氧速率、放热强度、自燃极限参数变化规律。结果表明:对于同一种煤,二次氧化时的耗氧速率、放热强度、自燃极限参数曲线在某一温度范围内与一次氧化时的对应曲线发生交叉;对于不同变质程度的煤,交叉温度范围不同,变质程度越低,交叉温度范围越高;煤的变质程度越低,二次氧化时的自燃极限参数极值变化率越大。     

氧浓度对煤绝热氧化过程特征的影响

为研究不同浓度氧气对煤低温自然发火的影响,对煤自燃灾害防治的理论研究和现场实施提供支持,设计煤在通入不同体积分数(20%,50%和100%)氧气条件下的绝热氧化试验方法,得到3种试验条件下煤自热升温的温度-时间关系曲线,分析升温速率(R)、表观活化能(Ea)以及特征温度(Tc)与氧浓度的关系。结果表明:随着氧浓度的升高,煤的自热升温速率增大、升温过程缩短,而表观活化能值和特征温度均无明显变化。     

基于温差分析的煤氧化规律研究

低温条件下,煤氧复合作用所产生的热量会使煤体温度升高,甚至发生自燃。为确定煤的氧化性特征,对煤样进行加热升温试验,在程序控制炉中采用相同的线性升温条件(以2℃/h的速率从20℃升至125℃)进行试验,研究通入空气、煤氧化变质程度及不同煤样的影响。采用温差分析方法对煤样升温数据进行处理,分析煤样的低温氧化特点和规律。结果表明,在升温过程中,升温速率曲线呈现增大、减小、再次增加的规律。通入空气煤样的升温速率曲线要高于不通空气的升温速率曲线,新鲜煤样的升温速率曲线要高于氧化变质煤样的升温速率曲线,易自燃煤样的升温速率曲线要高于难自燃煤样的升温速率曲线。理论分析表明,升温速率曲线数值大小反映了氧化放热率的强弱。升温速率曲线间的差值越大,则氧化放热率相差越大。因此,在相同的控制升温条件下,不同煤样的升温速率曲线数值大小可有效地反映自燃性的相对强弱。     

硫铁化物氧化自燃的动力学分析

为研究含硫油品储油罐中硫铁化物的自燃倾向性,采用STA8000同步热分析仪对10,15,20℃/min等不同升温速率和15,20,25 mL/min等不同空气流量下的硫铁化物进行试验,并通过获得的TG-DSC曲线研究试样的自燃特性;在此基础上,根据Coat模型,利用不同反应机理函数对热重数据进行分析。结果表明:该试验条件下,硫铁化物的氧化进程符合三级反应动力学机制;得出了硫铁化物在不同升温速率和空气流量下的表观活化能;在560～746℃温度区间内,随着升温速率的增加,空气流量的加大,活化能数值明显减小,自燃倾向性增大。研究结果可为预防和控制因硫铁化物自燃引发的火灾、爆炸事故提供理论参考。     

用单一脱氧剂阻煤自燃并耗氧的可行性研究

为预防煤自燃,研究用一种脱氧剂阻止煤自燃并耗氧的可行性。在添加与不添加阻化剂和不同供氧条件下,对取自宣东煤矿的煤样进行持续升温试验。提出用单一脱氧剂阻煤自燃并且耗氧的观点。分析脱氧剂在煤矿井下的适用性,计算其在阻氧过程中的焓变。结果表明,阻化剂能够降低煤氧化的概率,氧浓度下降会减小煤氧化的剧烈程度,用脱氧剂能同时阻止煤自燃和消耗氧气。预防井下煤自燃较为理想的脱氧剂是铁系脱氧剂。     

基于F-K理论的大体积煤堆自燃特性试验研究

为预测大体积低品质煤炭自然发火温度,采用恒温加热系统和气体检测分析系统,研究煤堆的自热特性。根据Frank-Kamenetskii边界条件理论,并结合自然对流和临界自燃着火点研究方法,分析煤堆内部的温度变化、水分蒸发及能量转变情况,进而探讨环境温度、氧化气体和煤自燃倾向性的关系。结果表明:煤样水分含量是导致其自热升温曲线出现下降阶段的重要因素,煤堆内部不同位置其温度下降阶段持续的时间不同;自热反应所产生气体浓度随煤温的升高而增高;未燃状态下,氧化作用最强阶段位于温度上升初始段后期;自然对流和低温氧化导致煤堆体积缩减,环境温度越高体积缩减程度越大;煤样临界自燃着火点研究方法可有效应用于大体积煤堆自燃着火点预测。     

煤自燃预测预报多参数指标体系研究

煤自燃是一个复杂氧化过程,要经历不同的氧化阶段,且同一煤矿不同煤层煤样具有不同的自燃氧化特性,故应建立相应的预测指标体系。从开滦集团东欢坨矿5煤层、7煤层、8煤层、9煤层、11煤层和12煤层采集煤样,利用程序升温-气相色谱联用实验,分析了各煤样自燃氧化过程中各指标气体随温度的变化规律,依据升温氧化实验数据,将煤自燃过程划分为初期氧化、缓慢自热、临界加速和热解裂变4个阶段,优选出各煤层煤自燃不同阶段适用的预测指标。结合各自燃阶段的温度范围得出了预测指标的对应范围,并运用灰色关联分析法确定了各煤层煤自燃不同阶段指标预报优先级,最终建立了东欢坨矿各煤层煤自燃预测预报多参数指标综合体系且设计了全矿井煤自燃预报指示方案。该体系及方案的设立提高了东欢坨矿煤自燃预测预报结果的准确性,同时可为其他煤矿防灭火工作提供一定的理论指导和方法参考。     

氧气浓度和升温速率对煤自燃特性影响

为探究氧气浓度与升温速率对煤自燃特性的影响，利用TG/DSC-FTIR联用热分析技术测试3种不同变质程度的煤样在不同氧体积分数和不同升温速率下的放热特性，分析3种煤样在氧化过程中特征温度、热效应及标志性气体产生量等参数的变化规律。结果表明：氧体积分数一定时，升温速率越小，放热峰值、特征温度和指标气体释放峰值越向低温区偏移。在相同升温速率下，随着氧气体积分数的减小，煤氧化放热峰值温度降低；煤自燃指标气体峰值对应的温度逐渐向高温区域移动。煤变质程度增高，煤自燃特征温度呈增大趋势；放热量的峰值降低，对应的峰值温度增大；指标气体释放峰值温度增大，自燃危险性呈降低趋势。     

硫化矿石自燃倾向性鉴定技术研究

根据硫化矿石自燃过程的复杂性,通过程序升温氧化（TPO）实验对硫化矿石吸附性能进行研究,提出了硫化矿石程序升温氧化（TPO）吸氧鉴定的方法,测试矿样温度从30℃到1000％条件下的总吸氧量和自热起始温度作为硫化矿石自燃倾向性鉴定指标,并对其进行分类;提出了基于支持向量机的硫化矿石自燃倾向性预测方法,通过预测建模最终达到了预期数据与实际数据的最佳拟合。     

煤氧化阻化过程中的热特性研究

化学阻燃剂通过化学作用破坏或降低煤分子中活化能较低易被氧化的活性基团,使煤自燃链式反应中断难以达到自燃。为研究煤氧化阻化过程中的热特性变化,通过煤的热重实验,从微观角度研究了次磷酸盐在煤自燃氧化过程中对其表面官能团的影响,分析了阻化剂添加前后的热特性曲线和特征温度,研究了不同升温速率及不同粒径下阻化煤样的热特性变化规律。结果显示:随升温速率的增大和煤样粒径的减小,热特性曲线及特征温度均出现向后推移,特征温度出现不同程度的升高。     

利用岩粉防治遗煤自燃可行性研究

为探讨用岩粉防治遗煤自燃的可行性,用理论与试验相结合的方法,研究混有岩粉的遗煤自燃过程。首先,由理论分析可知,岩粉的混入主要对遗煤自燃起阻止作用;将试验分成3组,观测各试验煤样的氧化升温过程。试验结果表明,混入岩粉的量及粒径对遗煤自燃过程有较大影响;当岩粉量大于临界岩粉量时,岩粉的混入能抑制遗煤自燃;当岩煤比达到1∶1及以上时,遗煤基本失去自燃的危险;当混入岩粉粒径大于临界粒径、接近峰值粒径时,混入岩粉对遗煤自燃的防治效率最高。在合理的岩粉量及粒径条件下,用岩粉防治遗煤自燃理论上是可行的。     

基于活化能指标的硫铁矿石自燃倾向性研究

在硫铁矿石自燃及热分析动力学基础上,结合永鑫黄铁矿3种矿样,运用热重分析手段对矿石从常温到燃点之间的氧化过程进行研究,用不同动力学模型对热重数据进行相关性分析.结果表明,硫铁矿石氧化热解过程符合一级反应动力学机制.运用热分析动力学方法求出矿样在不同升温速率下的活化能,发现随着升温速率的增加,矿样的活化能逐渐增大,自燃倾向性减小;但随着含硫量的增加,矿样的活化能逐渐减小,自燃倾向性增大.     

受限升温煤体空间气体变化规律试验研究

为探讨升温煤体受限空间气体的变化规律,设计加工升温煤体引爆瓦斯试验平台,针对不同初始CH4体积分数开展受限空间煤体升温试验。利用Matlab计算试验数据,绘制O2,N2,CO,CH4,C2H4,C2H2的体积分数变化规律曲线。基于可燃性气体爆炸极限理论和计算公式,计算可燃性气体体积分数与混合气的爆炸上下限值,并绘制其关系图。结果显示,当温度为190~400℃时,受限空间气体将失去爆炸性。分析现场煤自燃引爆瓦斯的条件和形式,提出防治煤自燃引爆瓦斯的重点是防止煤柱、断层和高冒煤自燃升温到更高温度,尤其是要防止该区域提前氧化升温,同时要保持工作面风流稳定。