煤与瓦斯突出预测的正负靶心灰靶决策模型

为提高煤与瓦斯突出预测的准确性和可靠性,提出利用正负靶心灰靶决策模型进行煤与瓦斯突出危险性评价的方法.根据选取的20组矿井的突出单项指标数据,定义正、负两个靶心并分别计算靶心距,通过目标权重优化模型得到各突出影响因素的权重,依据计算出的综合靶心距大小划分煤与瓦斯突出危险性等级,并利用建立的煤与瓦斯突出预测模型对选取的10组矿井进行突出危险性评价,评价结果与矿井实际情况一致.研究结果表明:利用正负靶心灰靶决策模型进行煤与瓦斯突出危险性评价是可行的.     

矿井封闭火区内气体运移规律

根据气体传质理论，煤矿井下火区封闭后，火区内生O2和有害气体运移平衡系统破坏，造成封闭火区内的O2浓度减少和CO等有害气体的积聚。当火区内化学反应达到平衡后，封闭火区内有害气体浓度逐渐减小，该过程是以气体分子在多孔介质中扩散为主要运移形式的质量传递过程。分析O2、CO通过封闭墙和煤层等多孔介质的扩散机理，并推导了有效扩散系数的计算公式。由公式计算封闭火区内O2降低5％的时间to和封闭火区内CO下降到0．001％的时间t，综合考虑封闭火区内的温度，计算出火区从封闭到启封的参考时间。     

钙质泥岩粉尘对混烧体系中乏风瓦斯的氧化影响研究

为降低乏风瓦斯排放对温室效应的影响，提高乏风瓦斯的利用率，探究了体积分数为0.75%的乏风瓦斯及其与褐煤、无烟煤混烧方法下的氧化规律。随后进一步探究矿井乏风中裹挟的钙质泥岩粉尘对混烧体系中乏风瓦斯的影响。研究利用管式炉系统，模拟乏风瓦斯与空气预混气体环境，将金属氧化物含量不同的钙质泥岩粉尘与不同煤种混合，置于该气体环境中。结合X射线衍射分析(XRD)测试，分析混烧产物。研究表明：钙质泥岩粉尘可以促进瓦斯的氧化，且随着金属氧化物含量的增多，氧化效率增加。钙质泥岩粉尘可以促进同等温度下两个煤种混烧体系中乏风瓦斯的氧化。钙质泥岩粉尘金属氧化物含量越多，乏风瓦斯转化达到极限的温度越低。根据粉尘对两个煤种混烧体系的瓦斯转化作用效果可知，虽然褐煤体系的瓦斯转化率一直高于无烟煤体系，但粉尘对于褐煤体系中乏风瓦斯的转化呈负面影响，对无烟煤体系呈积极影响，故粉尘对无烟煤混烧体系的影响优于对褐煤体系的影响。钙质泥岩粉尘同时起到固硫作用，故对矿井排出乏风瓦斯过程中含有的钙质泥岩粉尘可不做处理，将其与乏风瓦斯共同通入燃煤锅炉中。     

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.     

煤中脂肪族硫醚结构氧化过程机理

应用Gaussian 03程序,采用密度泛函(DFT)方法,在B3LYP/6-31G(d,p)水平下研究煤中脂肪族硫醚结构(C_6H_5CH_2SCH_3)吸附O_2分子及氧化反应过程的能量变化,确定分子间氧化反应机制,为预防煤炭自燃奠定理论基础。由计算结果可知,煤中C_6H_5CH_2SCH_3结构物理吸附O_2分子形成复合物Ⅰ,形成过程是一个无势垒的过程,在热力学上是稳定的。煤中C_6H_5CH_2SCH_3结构与O2分子的相互作用距离dS-O为2.582A,经CP校正后的相互作用能为-20.60kJ/mol。分析复合物Ⅰ的电子密度变化,可确定其相互作用为范德华力,属于物理吸附。当复合物Ⅰ吸收足够的能量,将进一步发生化学反应。煤中C_6H_5CH_2SCH_3结构氧化反应共有5条反应路径,Path 4是反应的主反应路径,其产物P_3(C_6H_5CH_2SOH+CH_2O)是反应的主产物。经分析发现:煤中C_6H_5CH_2SCH_3结构易发生初步氧化,仅需12.36kJ/mol的能量,物理吸附一个O2分子释放的能量足以提供,但若要深度氧化将Path 4进行下去,需要再从外界吸收相当于物理吸附5个O_2分子释放的能量。     

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。     

煤的化学结构及仪器分析方法

针对煤的氧化自燃理论的深入研究,结合煤结构的分析仪器,对不同变质程度煤的XRD光谱、拉曼光谱、红外光谱以及原子力显微镜等实验方法进行了研究,并对不同变质程度煤的实验数据所呈现出的规律性变化进行了讨论.研究发现,X-射线衍射法能够揭示煤中原子排列的有序性等信息;IR光谱和Raman光谱能够得到煤中所含有官能团的种类、脂肪以及芳香结构等方面信息;在原子力显微镜下可以观测到煤表面微结构等相关信息.     

矿井封闭火区热交换及启封时间研究

根据煤炭自燃放热和传热理论，当煤矿井下火区封闭后，封闭火区内生热和散热平衡系统遭到破坏，造成封闭火区内发生热量积聚现象。分析了热量通过粘贴在固体表面的静止流体微元层向封闭墙或煤层等多孔介质的热传递过程和热传递机理，建立了封闭火区内的热量传递模型和火区启封时间计算模型，导出了火区从封闭到启封的时间计算公式，并用实例进行了验算。