基于温升速率的煤自燃倾向性测定方法

为了准确判定煤炭真实条件下自燃倾向性,选取具有代表性的2种褐煤、2种烟煤及2种无烟煤在煤自燃测定装置上展开研究。研究结果表明,褐煤在低温缓慢氧化阶段、高温加速氧化阶段升温速率最快,烟煤次之,无烟煤最慢。利用热分析仪对煤样的着火温度进行了测定,发现褐煤着火温度最低,烟煤次之,无烟煤着火温度最高;综合评判煤自燃倾向性判定指数,I200为强自燃倾向,200≤I≤400为中等自燃倾向,I400为弱自燃倾向。     

煤官能团对煤自燃倾向性的影响

为防治矿井自然发火,剖析煤的自燃倾向性,利用交叉温度点法和红外光谱图分峰拟合分析煤自燃倾向性和官能团内在的联系;通过气相色谱-程序升温、红外光谱等实验,得出当煤自燃综合判定指数I数值越大时,煤自燃倾向性越小;煤中芳香烃-C=C-官能团含量增加,含氧官能团-COOH、-OH含量减少时,煤变质程度在加深,煤的自燃倾向性能力减弱。     

湿度对煤自燃倾向性影响

煤自燃多因素影响的结果,主要是煤中的活性部位与空气中氧气的放热反应过程.水在煤氧化反应过程中起重要作用,湿度影响煤中氧化反应的活性结构,从而影响煤的自燃倾向性.通过2组干煤和湿煤煤样的绝热氧化实验,得到煤样绝热氧化温度随湿度变化曲线,表明煤的湿度对煤自热性质有明显的影响.由于氧化过程产生的热量不能弥补蒸发损失的热量,一般温度降到大约40%～50%左右,煤的自热会强烈增加.随着煤湿度的增加,煤的自热率也增加.     

基于耗氧量的煤自燃倾向性快速鉴定方法

为了能够更加科学快速地对煤的自燃倾向性进行鉴定和分类,对我国现行的煤自燃倾向性色谱吸氧鉴定法的不科学性进行了分析和评价,对煤低温氧化耗氧量与煤自燃倾向性之间的关系进行理论分析,得出在低温氧化过程中某一温度时煤每消耗1 mol氧量释放的热量大体相同,那么单位质量煤在某一温度段消耗氧量大,产生热量也就越多,该煤也就更容易自燃,其自燃倾向性也就越强.在此理论基础上提出了将一定煤样量置于静态的一定量空气中,并加热使其加速氧化,以此来测试煤的低温氧化耗氧量.研制了相应的测试装备,并对不同煤种、不同氧化时间和不同氧化温度的耗氧量进行了测试.最后,初步给出了基于耗氧量的煤自燃倾向性分类原则和方法.图3,表2,参11.     

基于活化能的煤自燃倾向性鉴定方法探讨

对国内外主要煤自燃倾向性鉴定方法进行了分析和评价,重点对我国现行的煤自燃倾向性色谱吸氧鉴定法和煤自燃倾向性的氧化动力学测定方法的特点进行了总结、分析,指出了各种方法存在的不足。提出了以表观活化能E作为煤自然倾向性鉴定指标的可行性,分析了表观活化能计算方法的研究现状和特点,提出了基于表观活化能的DSC动力学鉴定方法的新设想,对于补充和完善我国煤自燃倾向性鉴定方法具有借鉴意义。     

基于机器学习的煤自燃倾向性预测比较分析

为了得到泛化能力高的煤自燃倾向性预测模型,基于煤的多指标气体和工业分析参数,采用随机森林、神经网络、支持向量机和Stacking堆叠,通过预测煤的自燃温度和自然发火期,评估煤自燃倾向性。结果表明采用Stacking堆叠方法的预测模型泛化能力最佳,该预测模型特征重要性表明挥发分和乙烯分别在煤自然发火期和煤自燃温度预测中具有最强的关联性。分析模型性能指标,发现增加数据量可以显著提升随机森林、神经网络、支持向量机和Stacking堆叠方法在煤自燃温度预测模型中的泛化性能。对于煤自然发火期预测模型,单纯增加数据量意义有限,需要探索更多新特征以提升模型性能。     

基于煤自燃倾向性的绝热氧化时间预测方法研究

针对煤自燃倾向性鉴定是一个模糊的等级概念,难以准确指导煤矿采取措施进行防灭火。提出了建立基于煤自燃倾向性的绝热氧化时间预测方法,即通过煤的自燃倾向性测试来预测其绝热氧化时间,用绝热氧化时间这种准确、直观的煤自然发火危险性判定标准来量化煤自燃倾向性,使其更具参考及指导意义。优选氧化动力学方法测试了10种典型煤样的自燃倾向性,并将其结果与实验条件下测量的绝热氧化时间数据进行曲线拟合,建立了基于煤自燃倾向性的绝热氧化时间预测方法。随后从煤氧化机理方面进行分析并进行实验验证,结果显示该模型是科学、合理的,能够清晰、准确地反映出煤的自然发火危险性。     

粒度对煤的自燃倾向性表征影响

为了使活化能这一指标科学有效的应用于煤的自燃倾向性的鉴定,利用热重分析仪器,对两种煤的不同粒度的煤样进行了自燃的实验研究,试验曲线结果表明,煤样粒度越细,TG曲线和DSC曲线向低温方向移动,煤样的着火提前,运用热重动力学方法计算得到煤的活化能,发现粒度越小,活化能值也越小,越容易着火,即其白燃倾向性增大。粒度是一个重要的影响因素。     

应用自然发火实验研究煤的自燃倾向性指标

以３种不同变质程度煤样的自然发火实验为基础，通过对表征煤自燃特性参数的测算，分析了它们与煤自燃倾向性的关系，并提出用临界温度、煤耗氧速度、ＣＯ产生率和氧转化为ＣＯ的百分率作为鉴定煤自燃倾向性的指标，是有一定参考价值的。     

东荣二矿煤自燃倾向性实验测试

采集东荣二矿17#煤层煤样,利用“XKⅢ型“煤低温自然发火实验台进行测试,模拟现场散热情况、漏风状况及浮煤厚度,依靠煤自身氧化放热升温,得出随煤温升高的耗氧速度、CO产生率、CO2产生率、放热强度、煤自燃极限参数等的变化规律,研究煤的低温氧化放热特性,预测煤的临界温度和干裂温度、实验最短自然发火期及自燃倾向性.实验表明:煤样起始温度为20℃时,最短自然发火期为46 d;临界温度为60～75℃、干裂温度为90～110℃、浮煤厚度小于0.7 m、下限氧浓度在60℃左右,浮煤不自燃.     

不同自燃倾向性煤的氧化机理对比分析

为分析煤样的自燃发生发展过程以及实验煤样的自燃机理,研究从不同自燃倾向性煤样的氧化机理入手,选取具有不同自燃倾向性的阜生、五阳煤样进行实验,通过热重实验对比分析不同自燃倾向性煤样的特征温度、热失重速率及阶段质量变化率参数,并结合红外光谱实验对低温氧化过程中主要官能团的分布特征及随温度的变化规律进行对比分析。结果表明：不同自燃倾向性煤样的煤氧反应差别主要体现在热重实验的T2 -T3和T4 -T5两个阶段;硫对煤氧反应的影响主要体现为常温下发生氧化释放热,促进小分子化合物的氧化裂解,进而引发自燃;煤自燃特性与原始煤样中官能团的分布特征关系较小,主要由煤分子结构中的侧链体系（桥键、侧链基团及活性官能团）所决定,侧链体系作为直接与芳环骨架连接的煤分子结构,本身具有较高的化学活性,在氧化分解的过程中降低了煤分子结构的稳定性。     

义马常村矿煤样自燃倾向性研究

利用大型煤自然发火实验台，模拟自燃过程的各种条件，向其中通入空气，使煤与氧发生氧化反应。煤氧复合发生氧化反应，并发出热量引起自然升温，最终引起自燃。通过测定耗氧速度、热释放速率，可算出实际自燃的极限参数。根据这些实验参数可以推算出义马常村矿煤层在不同条件下的最短自然发火期、煤特征温度和其他自燃特性参数等。     

济宁矿区埋深影响下粒径对煤自燃倾向性的影响

深部煤层开采过程中,自燃倾向性增大。选取济宁矿区不同埋深煤样进行工业分析,测试表明:随埋深增加,其含碳量、挥发分增大;同条件破碎粒径分布规律表明,随埋深增加,小粒径占比增加,其中深部煤样粒径20μm以下占比最大。针对不同埋深、不同粒径煤样空气中温升氧化产物,傅里叶红外光谱分析表明,随着埋深增加,2 930cm~(-1)处—CH_3、—CH_2逐渐减弱,3 420cm~(-1)处—OH的伸缩振动逐渐增强,含氧官能团增加;随粒径减小,煤活性官能团变化显著,其吸附氧能力增强。热重分析将煤低温氧化分为增重、失重、动态平衡和再增重四个阶段;随埋深增加,初期煤的吸氧迅速增重,随温度升高,其失重明显,后期又快速增重;随粒径减小,煤后期吸氧能力有显著增加,其自燃危险性增大。     

硫化矿石自燃倾向性测试方法研究进展

 金属矿山开采之前开展硫化矿石自燃倾向性测试是预防矿山自燃火灾发生的重要手段之一。本文系统论述了硫化矿石自燃倾向性测试方法的研究成果,着重评述了硫化矿石自燃倾向性判定的吸氧速度法、传统的交叉点温度法、动态自热率测试法、绝热氧化法、金属网篮交叉点温度法、综合测试法、程序升温氧化法,以及TG-DSC联用法等。对其中某些方法的测试原理、操作步骤,以及存在的优缺点进行分析,将各种方法进行归纳分类,并对硫化矿石自燃倾向性测试方法的研究方向进行了展望。     

自然环境条件下硫化铁的自燃倾向性

为了研究硫化铁的自燃倾向性,在自然环境条件下对硫化铁进行氧化实验,实验结果表明:Fe3O4、Fe2O3以及Fe(OH)3硫化后生成的硫铁化合物活性很高,具有较高的自然氧化活性,在室温下可迅速与空气中的氧气反应,同时放出大量的热量.以Fe2O3的硫化产物为典型样品,研究了硫化时间、水分、油品、硫及通风条件对硫化铁氧化升温特征的影响,结果表明,硫化时间长,适量的油品和硫以及良好的通风条件能够加速硫化铁升温过程,而一定的水分及不良的通风条件则降低了硫化铁的自燃倾向性.     

煤样标志性气体的选择与自燃倾向性实验研究

本文结合某矿采空区的发火现状对标志性气体选择与煤样自燃倾向性进行了系统的实验研究,确定了CO、C2H4、C3H6、C3H8、C2H4／C2H6等气体在适当条件下可以作为该矿煤层自然发火的标志性气体,认定该矿煤层自燃倾向性属于Ⅱ类自燃煤层与Ⅲ类不易自燃煤层。本文的实验研究结果可以用于指导煤矿生产,减少采空区发火的次数和影响范围,降低由此而造成的人员伤亡、财产以及煤炭资源的损失。     

煤的自燃火灾预防措施

针对山西晋能白芦煤业有限公司的煤层条件,介绍了预防煤层自燃火灾的一套具体措施。     

基于支持向量机的煤自燃声学预警方法研究

煤自燃火灾监测预警是制约煤炭行业安全发展的一大难题,现有煤自燃监测预警方法中,采用单一指标分析精确度不足,基于统计分析法的多指标判定方法会受指标数量和种类的限制,使得判定过程复杂,结果差异较大,而支持向量机算法可以从有限的样本中学习出全部的规律,有望应用于煤自燃监测预警领域。该文首先建立煤自燃过程中次声波和声发射信号测试系统,研究发现次声波和声发射的主频幅值与温度具有较高的相关性（相关系数R²>0.90）,可作为监测煤自燃的有效指标。其次,在分析支持向量机原理的基础上,将次声波和声发射的主频幅值作为特征向量,选用“一对一”方法建立煤自燃支持向量机模型,并验证分析不同核函数对识别结果的影响,形成基于支持向量机的煤自燃声学预警方法。研究结果表明,该支持向量机模型能根据煤自燃产生的次声波、声发射主频幅值数据特征较好地划分煤自燃的不同阶段,其中次声波多项式核函数支持向量机与声发射Gauss核函数支持向量机的分类效果最好,总体识别率在90.00%以上。本文的研究为煤自燃高效监测预警提供了一种新方法。     

煤自燃模型化合物氧化实验研究

为了从化学层面上阐述煤炭自燃机理,选用苯乙醛、苯甲醚、二苯基甲烷、苯乙醚、苯甲醇、二苯基甲醇和α-苯丙醇作为煤自燃模型化合物,研究在常温至150℃的氧化反应.利用氧化反应装置和分析仪器,定量分析各种活性基团的化学反应动力学和热力学参数、氧化产物,从而推断出其活性大小的不同.结果表明,各模型化合物在常温至150℃之间,均消耗一定的氧气,同时CO、CO2也有不同程度的生成,其氧化特性与煤相似.     

煤自燃过程中极限参数的研究

煤自燃过程是煤氧化产热和环境散热之间平衡关系的变化过程,通过对煤自燃过程的热平衡关系进行分析,导出了煤体氧化蓄热升温的必要条件的数学表达式,在此基础上,研究得出了上限漏风强度、上限煤体粒度、下限氧含量和下限煤体厚度4个煤自燃过程的重要极限参数,研究结果表明,任何一种煤在氧化蓄热过程中,只有同时满足煤体的漏风强度小于该煤体的下限漏风强度,煤体粒度小于其上限煤体粒度,煤体中的氧含量大于其下限氧含量,以及煤体厚度大于其上限煤体厚度,才有可能引起自燃,这一研究结果为进一步完善煤自燃理论以及研究新型自燃防治技术提供了必要的理论基础。