基于活化能计算的煤低温氧化特征与临界点预测

为探究煤自燃过程的反应特征与预测煤自燃临界温度,对5种煤样进行了绝热氧化实验,采用煤样活化能指标在实验不同时间段的变化情况来表征煤低温氧化内在特征。然后运用线性回归性分析模型中线性显著性检验来确定临界温度点Tc。结果表明:实验初期煤样活化能波动范围极大,随着温度升高活化能趋于稳定,在实验后期,各煤样求得的活化能均处于55~70kJ/mol范围内,反映了煤低温氧化反应是由不稳定逐步过渡到相对稳定的过程;Tc与宏观升温速率突变范围相符合,验证了模型的准确性;同时Tc与实验中自热温度达到160℃所需时间t0自发呈线性关系,因此可以用绝热氧化装置测得t0来预测煤自燃临界点。研究成果可以对矿区防灭火和煤炭储运管理工作提供借鉴。     

灰分对煤自燃特性影响的实验研究

为了研究灰分对煤自燃能力的影响作用,利用绝热氧化实验装置对不同灰分含量煤样进行升温氧化实验,采用R_(70)、T_(CPT)、B3种指标表征灰分含量对煤样自发氧化过程的影响。结果表明:1)灰分含量越大,煤样低温氧化阶段温升速率越小,温升加速点温度越高,煤样的自发氧化过程越慢,煤越不易自燃;灰分含量大于40%后,煤自燃倾向性快速减弱。温升加速点是反应微观信息的零活化能温度的宏观累计结果,具有直观且滞后的特点。灰分越大,滞后越明显,温差越大。2)R_(70)、T_(CPT)、B3种指标与灰分关系表现为二次函数。R_(70)和T_(CPT)两种指标显示灰分越大,自燃倾向性越弱,与实践经验相符。受水分权重影响,B指标显示煤样在灰分小于40%时,灰分越大,煤样自燃倾向性越强,这与实践经验相悖。因此,B在判定灰分对煤样自燃倾向性的影响时具有一定的局限性。     

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。     

煤自然发火过程中的放热特性实验研究

根据煤氧复合理论,煤自燃是由于煤和氧接触发生氧化反应放出热量引起煤温度升高达到煤的自燃点而发生的。故煤的氧化放热特性反应了煤自燃能力的强弱。为测定煤的放热能力大小本文设计了煤的氧化升温实验,并采集薛村煤矿2#煤层、4#煤层、6#煤层三组煤样进行了实验研究。实验中对低温条件下不同温度时煤样对氧气的消耗速率、CO的生成速率及CO2的生成速率进行了测定,并根据其测量值对煤样的放热强度进行了计算,绘制放热强度与温度关系的散点图。然后运用回归分析方法,分析了煤氧化升温过程中放热强度与温度的关系。在低温阶段临界温度前后煤的放热强度与温度都呈线性关系。在临界温度之前煤的放热强度较低,而达到临界温度后煤的放热强度会急剧增加。研究结果对煤自然发火的防治具有重要意义。     

煤的绝热低温自热氧化试验研究

利用绝热低温自热氧化试验方法,研究了褐煤在完全干燥和潮湿与烟煤低温氧化过程．得到了褐煤和烟煤自加热温升曲线和温升速率．同时分析了水分对煤炭低温自热氧化影响。研究了利用绝热试验方法判断煤的自燃倾向性可行性。     

煤样两次程序升温自燃特性对比实验研究

为了掌握煤经多次氧化的自燃特性指标参数,对气肥煤、1/3焦煤、贫煤和无烟煤4种不同变质程度煤的煤样进行预处理,即将原煤样经过升温氧化后利用氮气冷却至常温,得其氧化煤样。采用煤质分析实验、物理吸附实验和煤自燃程序升温实验,对两次氧化过程中的耗氧速率、放热强度、CO产生率和特征温度等自燃特性参数进行对比实验研究。结果表明,2次程序升温过程中,煤样的自燃特性参数都随煤温呈指数变化规律。氧化煤样的耗氧速率、放热强度和CO产生率均表现出在氧化反应前期大于原煤样,氧化反应后期小于原煤样;自然发火的特征温度低于原煤样,说明氧化煤样更容易发生自燃,危险性较大。     

水分对白皎无烟煤氧化过程放热特性的影响

为了探究水分对无烟煤低温氧化阶段放热特性的影响,完善水分对煤自燃影响的机理。以不同水分含量的白皎无烟煤为研究对象,利用C80热分析实验,将不同水分含量煤样的初始放热温度、总放热量、各阶段放热量等参数进行对比分析,研究白皎无烟煤在不同水分含量条件影响下煤样放热特性的变化规律。结果表明:随着水分含量的增加,煤样的初始放热温度呈现出先减小后增大的趋势;总放热量、热量变化不同阶段的放热量及持续时间则呈现出先增大后减小的趋势,水分含量为16. 34%时放热量较高,煤自燃的可能性也较大,但初始放热温度与总放热量间不存在相对应的关系。煤放热过程具有典型的分段性,分为缓慢放热、放热量减小和快速放热3个阶段,其中快速放热阶段持续时间最长,该阶段放热量占总放热量的比例超过84%,是造成煤体热量积聚的最主要原因。研究成果就完善水分对煤自燃影响机理的研究具有一定推动作用。     

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.     

不同自燃性煤氧化阶段的表征差异

对3种不同自燃倾向性煤样进行低温氧化实验,利用CO体积分数与煤体温度间变化的计算模型,求解出活化能和煤氧化过程发生转变的特征温度,同时结合热重-差示扫描量热(TGDSC,theremogravimetric analysis-differential scanning calorimetry)实验结果,分析了不同自燃性煤氧化特性和活化能的低温表征规律。结果表明:1)低温氧化阶段,CO生成量、耗氧量和耗氧速率随着煤自燃倾向性增强而增大;不同煤样在实验过程中出现同样的CO生成量和耗氧速率急剧上升的温度拐点,且煤的自燃性越强,该拐点温度越低,同时CO体积分数的变化具有明显的阶段性。2)不同自燃性煤氧化阶段活化能变化规律存在显著差异,当各煤样的温度到达活性温度时,活化能快速减少,且活化能变化点对应于煤氧化过程发生转变的特征温度点。3)根据煤特征温度和活化能的变化规律,把煤低温氧化进程分为4个阶段,分别为表面氧化、氧化自热、加速氧化和深度氧化。     

变氧浓度条件下崔家寨矿煤自燃特性的实验研究

针对崔家寨矿1#和6#煤层存在严重的自然发火隐患,试验研究了煤样的低温自燃特性.首先试验研究了自燃过程中产生氧化气体和碳氢类气体随温度的变化规律;通过设定不同氧气浓度研究了自燃产物与初始氧气浓度的关系.结果表明温度是影响自燃的重要因素,温度越高,自燃越剧烈;自燃氧化产物随初始氧气浓度增加而增多,在13%～17%浓度达到峰值,之后开始下降.通过煤自然发火标志气体产生规律研究及其临界值确定,为现场制定自燃防治方法提供了依据.     

采场环境中硫化矿石氧化自热的影响因素

 堆积在采场环境中的硫化矿石容易发生氧化自热,从而造成环境污染、导致矿石结块,甚至引发矿山内因火灾事故。系统阐述了硫化矿物的晶体结构、痕量元素的含量、环境温度、铁离子、氧气浓度、空气湿度、矿石含水率、矿样的粒度分布、环境的pH值、微生物等主要因素对采场中硫化矿石氧化自热的影响。结果表明,硫化矿石在低温环境中的反应模式非常复杂,其氧化自热受诸多因素共同影响;较高的环境温度和氧气浓度有利于矿石氧化,矿样粒度越小越容易自热,铁离子与细菌对硫化矿石的氧化具有催化作用,水对矿石的氧化自热具有催化和阻化两重作用,而晶体结构、痕量元素含量的影响均表现出不确定性。     

内置热流化床煤调湿装置中湿煤的流动特性研究

选取平均粒径为0.82mm的宽筛分烟煤为床料,考察煤中水分(含水率)对煤在小型内热流化床煤调湿实验台中的流动特性的影响.绘制流化床内流化速度与床层高度、床层压降的关系曲线并进行分析.结果表明:煤料的临界流化速度为0.3~0.4m/s;高水分煤料(含水率为16.3%~17.8%的煤)的临界流化速度比低水分煤料(含水率为12.4%~13.7%的煤)的临界流化速度增加了20%,即含水率过高不利于煤的流化;高水分煤在流化过程中甚至出现了腾涌现象,使流化恶化,故应将流化煤料的含水率控制在14%以下.     

高压浓相粉煤气力输送

在高达700kg/m3的高压气力输送试验台上,用氮气进行煤粉高压浓相粉煤气力输送试验研究.分别在不同的总输送差压、煤粉含水率、风量和压力等条件下进行了输送试验,考察操作参数对煤粉质量流量、固气比和单位管道长度的压损等气力输送特征参数的影响.结果表明:随着总差压和流化风流量的增加,煤粉的质量流量增大;当流化风流量较小时,煤粉质量流量受流化风的影响较大,随着流化风流量增大,流化风对煤粉质量流量的影响变缓.固气比随着注入速度的增大先增大后减小,随着总差压的增加而增大;其他输送参数相同的条件下,输送压力越高,煤粉的质量流量和固气比就越大;随着含水率的增加,煤粉的质量流量逐渐减小;在输送相图中,相同煤粉湿度下,输送压损随表观速度的增加先减小后略有升高;相同表观速度下,煤粉含水率越低,压力损失越大.     

用于煤自然发火期预测的神经网络模型和实验技术

根据煤的硫分、灰分以及煤自燃过程中的耗氧速率、CO和CO2产生率等随温度变化的序列值与煤自然发火期之间存在的密切对应关系，建立了前向多层人工神经网络模型，用已有的煤自然发火实验数据对网络进行训练，得到了神经元间的联结强度，从而准确地表征这种对应关系．设计了一套油浴程序升温实验装置，确定了实验试管的尺寸和实验条件，从而能够准确测定煤自燃在不同温度下的耗氧速率及气体产生率．将煤样油浴程序升温实验数据及煤质分析数据代入人工神经网络，可算出煤的自然发火期．与煤自然发火实验相比，该方法测定煤样的自然发火期用煤量减少了99％以上，实验耗时缩短了90％以上，二者测试结果的偏差小于3d．     

国内外煤炭自然发火预测预报技术综述

就近几十年来，国内外在煤炭自然发火预测预报方面的一些主要成果进行介绍，对各成果的优缺点进行分析，并指出进一步研究煤炭自然发火预测预报技术，对煤矿的安全生产具有十分重要的意义。     

电厂入厂煤全水分测定的影响因素及解决方法

全水分是影响煤炭计价的一个比较重要的因素,也是工作中遇到的较为复杂的问题。根据这几年的检测经验分析了入厂煤的采样方式,制样过程中的水分损失,天气、喷淋等情况的影响,化验中存在的一些错误操作方法及样品在存放过程中的水分损失等对入厂煤全水分测定的影响,并提出相应的解决方法。     

低频振动对煤解吸吸附瓦斯特性分析

研制了瓦斯吸附/解吸激振及测试系统,并进行低频振动对煤样解吸/吸附瓦斯特性试验。解吸试验发现低频振动能阻碍瓦斯气体解吸;吸附试验显示不同频率对煤样吸附瓦斯的影响不同。解吸试验结果表明,低频扰动增加了煤样内部吸附位,并使气体分子自由程变大,瓦斯扩散速率减慢,不利于气体分子解吸;吸附试验结果认为,低频扰动作用下,煤体温度升高,煤样内部煤分子吸附势垒加深,分子间作用势变大,煤基质外表面瓦斯气体膜破裂加剧同时吸附位增多,这4种因素共同作用下导致不同频率对煤样产生的影响不同。     

综放面采空区流场模拟及自燃危险区域划分

综放采空区容易发生自燃。以往对采空区“三带”的划分主要通过向采空区埋管观测来实现，对于现场观测不能实现的情况下，采空区自燃危险区域难以判定。笔者通过对采空区渗流场的数值模拟，得到采空区渗流速度及O2浓度的分布。结合实验测得的煤自然发火期和自燃临界参数，对采空区“三带”进行划分。该方法计算量比模拟采空区煤自燃全过程少得多，但划分精度却能够满足实际防灭火需要。     

褐煤含水量对强制氧化着火过程的影响

利用热空气加热的方法对不同含水量褐煤煤样的强制氧化着火特性进行实验研究。通过对不同含水量褐煤煤样在不同温度条件下的升温进程、气体产生率以及耗氧量的分析,得出了在本实验条件下含水量对强制氧化着火特性的影响规律。研究表明:在本实验条件下,含水量较低的煤样着火时间更长,较大含水量对褐煤升温进程有一定的促进作用;在适当的含水量范围内,煤样的含水量越高,CO、CO2的产生率越大;含水量在19.5%~23.5%(质量分数)时,含水量越小,耗氧量越大。