煤结构对自燃性的影响

松散煤体在一定的外界环境条件下,其自燃性很大程度上受到煤自身化学结构和孔隙结构的影响,可通过分析煤结构来判断其自燃倾向性.通过BET吸附实验与程序升温研究,表明煤样的孔结构与煤样自燃反应性有一定的正相关系.同时,结合红外光谱的研究,得到了实验煤样的分子官能团归属,从煤样化学结构方面对煤自燃性影响因素进行了深入研究.研究结论对给定煤样自燃发火预测预报有重要的理论指导意义.     

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。     

离子液体[BMIM][BF_4]浸泡时间对煤微观活性结构的影响

为探究经离子液体浸泡后煤样表面微观结构的变化,用离子液体[BMIM][BF_4]将长焰煤煤样浸泡2,30,90和180 d,分别采用Quanta 450场发射扫描电子显微镜,X射线衍射仪和傅里叶变换红外光谱仪对煤样的外部形貌、微晶结构以及官能团变化进行了分析。实验发现:随着离子液体浸泡时间的增加煤的外部形貌变的更粗糙,对煤表面结构破坏程度更大;经离子液体浸泡煤样的脂肪烃和含氧官能团的峰面积比原煤样小。其中,浸泡180 d的煤样煤化度最高,煤分子表面缩合度更高,结构更紧密,煤微晶结构中脂肪族侧链溶解最多,煤表面分子结构中的含氧官能团变化最明显。离子液体[BMIM][BF_4]对煤样表面微观结构的破坏随着浸泡时间的增加越来越大,煤化度越来越高,[BMIM][BF_4]浸泡180 d对煤样表面微观结构影响最大。     

煤自燃阶段临界温度及活性基团变化规律的实验研究

煤自燃阶段临界温度能够较为清晰地反映其自燃过程所处的燃烧阶段,为考查煤自燃过程中其阶段临界温度的变化规律,通过对鹤岗、唐山煤样的程序升温和红外官能团测试,分别得到了受热过程中煤的阶段反应动力学参数、阶段宏观临界温度、等动力学温度和煤官能团的阶段微观临界温度。结果表明:鹤岗、唐山煤的等动力学温度分别是99.02,62.83℃;鹤岗煤阶段临界温度分别是65,100以及140℃;唐山煤阶段临界温度分别是75,120℃;煤的阶段微观临界温度与宏观临界温度点的变化趋势一致,且临界温度点相似。阶段微观临界温度是宏观临界温度的细化,程序升温阶段临界温度点可以作为衡量煤自燃过程中临界温度的新方法。     

影响煤氧化自燃的微观结构特征分析

为研究不同变质程度煤表面活性微观结构与氧化自燃能力的影响关系,揭示不同变质程度煤的微观自燃机理。采用X射线衍射仪、比表面积分析仪和扫描电子显微镜等实验分析手段,对褐煤、长焰煤、不粘煤、气煤、肥煤、焦煤、瘦煤、贫瘦煤和无烟煤等9种不同变质程度的煤样,进行XRD,比表面积和微观结构测试分析。结果表明:随着煤样变质程度升高,煤微观结构中的芳香层片尺寸变大,芳香层片的延展度和堆砌度则不断增强;煤的孔隙结构随变质程度的升高不断缩小,比表面积不断增大,煤的孔隙结构和表面积差异是引起不同变质程度煤氧化过程吸氧量不相同的主要原因,阐明了不同变质程度煤的微观结构的异同是影响煤低温氧化能力的主要因素。     

开滦煤显微组分结构特征与吸附CO的关系

为了研究开滦煤中显微组分(惰质组和镜质组)的微观结构和分子特征,利用离心分离技术,得到纯度较高的富镜质组和富惰质组煤样,并对其进行煤质分析、煤岩分析、孔径分布以及红外光谱分析,得出开滦煤中惰质组含量较高,孔隙结构发育,主要以过渡孔和微孔为主,占煤的总孔隙体积数的90%以上,对煤样吸附CO起主导作用;同时氧含量较高,其中含氧官能团羟基(—OH),尤其是酚羟基对煤吸附CO有较大影响,成功的解释了开滦煤层发生CO体积分数长期超标但未曾自燃的现象,     

浸水风干对长焰煤氧化燃烧规律的影响

煤层群开采过程中,采空区遗煤经过浸水和风干后,物理化学性质将发生变化,从而影响煤的氧化特性。为了探究浸水和风干时间对长焰煤氧化燃烧特性的影响,笔者采用低温氧化分析、热分析和红外光谱分析对不同浸水和风干时间后的煤样进行研究,采用线性拟合的方法研究煤样的自由基和活化能(AE)变化规律,并结合官能团的变化,分析浸水和风干条件下煤氧链式反应过程。结果表明:相较于其他浸水风干煤样,浸水20 d、风干10 d的煤样活化能最低(39.14 kJ/mol),燃烧吸氧速度最快,自燃倾向性最高。根据热分析-差示扫描量热(TG-DSC)测试结果,浸水20 d、风干10 d的煤样质量损失更大,放热量更高。浸水20 d、风干10 d的煤样含氧官能团含量更高,脂肪族链断裂加剧,煤阶更低。相较于其他浸水风干煤样,浸水20 d、风干10 d的煤样结构更疏松,链式反应进程加快,促进了煤的氧化自燃。     

物化结构对胜利褐煤自燃倾向性的影响

选用胜利褐煤为研究对象,在140℃和160℃、空气气氛下氧化不同时间,制得一系列氧化煤样。采用傅里叶变换红外光谱和氮吸附法对煤样的官能团以及孔结构参数进行了分析测试,采用篮热法对氧化煤样的临界自燃温度进行了测定,对自燃动力学参数进行了计算,探讨了褐煤物化结构对临界自燃温度的影响。结果表明:褐煤中活性基团在氧化自燃过程中起主导作用,烷基侧链基团与含氧官能团含量越高,其自燃倾向性越大。煤样孔结构也是影响自燃倾向性的因素,比表面积、孔体积越大,其暴露出的活性位点越多,越容易发生自燃。     

原始赋存水分对煤自燃过程的影响及作用机制研究

通过干燥处理褐煤原煤,制备出不同含水量的褐煤煤样,用程序升温氧化装置实现煤自燃过程模拟,利用原位傅里叶红外变换光谱仪测定煤自燃过程中氧化煤样活性官能团的变化,同时利用氮吸附仪和热分析仪表征煤自燃过程中微观比表面积和质量的变化规律,探讨原始赋存水分对煤自燃过程影响作用机制。原始赋存水分对煤自燃过程的作用机制主要表现在4个阶段:在缓慢氧化阶段,外来水分对煤氧化主要起到了物理抑制作用,外来水分的持续挥发引起煤体质量与羟基和羧酸组分含量的降低;在加速氧化阶段,煤中水分直接参与反应,对煤氧化起到化学促进作用,羧基类化合物含量开始显著增长,原始赋存水分对煤氧化的抑制作用逐渐减小;在快速氧化阶段,煤体原始赋存水分基本脱除,内在水分脱除过程中煤体孔隙结构持续坍塌碎裂,产生新活性点位,对煤氧化反应过程表现出延迟促进效应,内在水分主要作用于中间络合物生成和分解以及气体的释放;当煤体温度达到180℃后,原始赋存水分参与和影响煤氧化反应过程效果微弱,煤体自燃特征趋于一致。     

煤炭自燃生成标志气体的红外光谱分析

针对煤自燃氧化过程中生成的生产物能够判断煤自燃的反应过程和机理以及在不同温度下生成的标志性气体可以判断煤自燃的严重程度的问题，采用红外光谱手段对神东矿区6个煤矿不同层位和不同工作面的12个煤样进行了研究。研究结果表明，煤氧化燃烧过程是分阶段进行的，分为失水阶段、氧化阶段、着火燃烧阶段。各阶段的标志气体不一样：失水阶段以H2O吸收峰为主、氧化阶段C2H4、CH4出现显现峰、着火燃烧阶段出现C2H4、CH4强峰。确定煤样在不同温度下生成标志气体的规律，对预测煤的自燃发火具有重要的理论和实际意义。     

煤自燃性的红外光谱研究

煤自燃主要受煤结构和环境因素影响.在确定的粒度与外界条件下,可通过分析煤结构来判断其自燃倾向性.文中根据神府煤及其预氧化产物的红外光谱特征,说明煤的氧化是从一些氧化活性基团开始,且活性基团含量越大越易自燃;提出了通过红外光谱及其差谱分析,对比不同煤种中氧化活性基团的相对含量而预测煤自然发火期的方法;通过对灵武、大柳塔和焦坪煤进行红外光谱分析,得到了它们自燃倾向性的次序,并根据焦坪及大柳塔煤层的自然发火期,确定了灵武煤自然发火期的范围.研究结果与实验模拟及现场观测结果一致,说明用FTIR研究煤的自燃倾向性是可行的.     

不同阻化剂对煤自燃影响的实验研究

为验证"阻化剂对不同的煤样具有选择性,不同的阻化剂对不同煤样的阻化效果不同"这一推论,采用STA449C型-TG/DAT综合热重分析仪对神东矿区六个煤矿不同层位和不同工作面的9个煤样添加阻化剂后的活化能变化规律进行实验研究为研究阻化剂和不同阻化剂对煤自燃过程的影响,结果表明,以着火活化能确定煤自燃阻化效果具有规律性.比较不添加阻化剂与添加阻化剂实验煤样各燃烧阶段的活化能可以看出,添加阻化剂后失水活化能与燃烧活化能降低,着火活化能增大,说明阻化剂在煤的整个燃烧阶段并不是全过程起阻化作用,而是一个催化-阻化-催化过程.在失水阶段起催化作用,在着火阶段起阻化作用,在燃烧阶段起催化作用.这对于应用阻化剂的选择具有实际的参考价值和指导意义.     

煤炭自燃预测的非参数逐步判别方法及应用

运用在煤矿生成实践中积累的众多相关数据和资料,通过全面分析影响煤层自燃因素,基于非参数逐步判别分析理论,建立煤炭自燃预测的判别分析模型。选取影响煤炭自燃的主要因素如煤的自燃倾向性、煤层厚度、煤层倾角、煤的坚固性系数、工作面供风量、回采工作面推进度、采场回采丢煤率,作为判别因子,建立煤炭自燃预测的非参数逐步判别分析模型,利用某煤田的多个参数作为学习样本进行训练。经过训练后的模型回判的误判率为0。说明该模型在研究煤炭自燃预测中具有良好的实用性和有效性。     

水分对煤炭自燃的影响

煤炭自燃是一个复杂的物理化学过程，煤的水分是影响氧化进程的重要因素。论述了水分在煤炭自燃初始阶段的催化作用和对煤炭自燃的抑制作用，研究了水分在煤炭自燃过程的物理化学机理，针对一些矿区煤炭自燃的实例对其水分的影响进行了分析．煤炭中水分对煤的氧化、蓄热和散热过程都有一定的影响，煤中水分对煤炭自燃到底是起阻化抑制作用，还是起催化触媒作用，应根据具体条件而论。     

煤物理吸附氧的研究

对煤自燃过程中煤物理吸附氧进行了理论分析,利用色谱吸氧法测试了不同煤种的煤样在不同吸附时间、不同环境温度和不同粒度的物理吸附氧量,分析了影响煤物理吸附氧的影响因素,并计算出煤因物理吸附氧而放出热量使煤体温度的上升值结果表明,煤物理吸附氧量随环境温度上升而下降、随粒度变大先增加而后下降、而与煤的变质程度没有直接关系.煤物理吸附氧气的速率非常快.物理吸附是煤自燃过程的第一步,其关键作用在于为煤的氧化输送氧.最后从实验和理论上对以煤吸附氧量大小为指标的煤自燃倾向性鉴定方法进行了分析和评价图5,表2,参8.     

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。     

不同氧气浓度煤样耗氧特性实验研究

在不同氧气浓度下煤的耗氧速度不同,从而使煤的自燃性产生差异.通过在不同氧气浓度条件下对煤样进行程序升温氧化实验,测定分析煤样在不同温度时的耗氧速度,研究氧气浓度对煤氧化自燃性的影响关系,提出了低氧气浓度条件下,煤样在不同温度时的耗氧可分为扩散耗氧和化学动力耗氧两个阶段.并根据实验数据分析,得出煤的耗氧速度与氧气浓度的1.149次方成正比.图4,表2,参7.     

易自燃煤层煤巷自燃防治技术试验研究

以晓南矿707综采面实际情况，分析了易自燃煤层煤巷(高顶、高冒处及巷间煤柱)自燃产生的原因和特点，介绍了对煤巷高顶处，采用调风、导风等技术措施防止自燃的发生和蔓延，对巷道间煤柱则采取包帮、充填、压注凝胶等技术措施延缓和阻止了煤柱的自然，为矿井的安全生产，提供了易自燃厚煤层防治煤巷自燃技术措施。