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煤氧化气体生成规律与微观官能团变化的关联研究

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煤氧化气体生成规律与微观官能团变化的关联研究

作者：王涌宇太原理工大学

学位级别：硕士

我国大部分煤层属于自燃煤层,煤氧化引起的自燃火灾不仅浪费矿产资源,而且造成环境污染,并严重威胁矿井的安全生产[14]。本论文采用实验处理与理论分析的方法,针对不同煤种的低温氧化阶段,研究煤恒温氧化过程的气体生成规律与微观官能... 详细信息

我国大部分煤层属于自燃煤层,煤氧化引起的自燃火灾不仅浪费矿产资源,而且造成环境污染,并严重威胁矿井的安全生产[14]。本论文采用实验处理与理论分析的方法,针对不同煤种的低温氧化阶段,研究煤恒温氧化过程的气体生成规律与微观官能团变化特征,同时从宏观与微观两个角度揭示煤氧化机理,对预防与治理煤氧化自燃具有重要的意义。利用恒温装置系统与气相色谱仪,对不同种煤样在不同粒径、不同质量条件下进行恒温氧化实验。通过分析不同氧化时间的耗氧速率、CO生成速率等特定参数,得出不同条件下煤低温氧化阶段的气体产物特征和变化趋势,并根据煤样反应罐内氧气浓度变化情况,得出不同粒径、不同质量、不同煤种条件下煤低温氧化过程随氧气浓度的变化规律,并定量的标定不同变量条件下,煤样耗氧速率、CO生成速率与恒温氧化时间的关系,分析低温下煤氧化反应的基本机理,从而掌握煤氧化过程的本质宏观变化规律。与此同时,通过傅里叶红外光谱实验,对不同变质程度、不同粒径、不同恒温氧化时间煤样的红外光谱特征进行了分析与研究,从微观角度分析了不同条件下煤分子中羟基、羰基、芳香烃的等官能团的变化趋势,得出了煤分子中活性基团含量的差别,造成了煤分子化学结构上的不同,从煤内在属性上决定了其氧化自燃的难易程度[1]。煤氧复合反应是个整体系统,煤氧化进程的外在宏观现象与煤内在分子官能团变化均反应出煤氧化特点与反应规律,通过对气体参数的微观分析,研究了不同煤样宏观气体生成规律与其微观特征变化之间的对应关系,得出了煤氧化过程特定气体参数的微观解释,同时从宏观与微观两个角度解释,验证煤氧化反应过程中现象与参数的变化情况,进一步的掌握低温条件下煤氧化过程的发展规律,为拓展煤自燃的评价指标体系与完善煤自燃的防治工作提供了理论基础与技术保障。

关键词：恒温氧化宏观特点气体生成规律微观特征官能团变化联合研究

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亚烟煤低温氧化元素迁移规律及原位红外实验

煤炭学报 2017年第8期42卷 2031-2036页

作者：王涌宇邬剑明王俊峰张玉龙唐一博宋申太原理工大学矿业工程学院山西太原030024

基于动力学与热力学理论,研究了煤升温过程中C,H,O,N,S五种基本元素的迁移转化规律,同时根据红外实验分析了煤中主要官能团变化趋势。结果表明,煤样在物理吸附和化学吸附阶段,碳氧化合物变化占主导地位,在化学反应阶段,碳氢化合物和含... 详细信息

基于动力学与热力学理论,研究了煤升温过程中C,H,O,N,S五种基本元素的迁移转化规律,同时根据红外实验分析了煤中主要官能团变化趋势。结果表明,煤样在物理吸附和化学吸附阶段,碳氧化合物变化占主导地位,在化学反应阶段,碳氢化合物和含氮化合物变化频率超过碳氧化物。低温氧化过程中,H元素的表观活化能最小,N元素表观活化能最大,而O,S元素的表观活化能为负值,C,H,N元素迁移过程为吸热反应,O,S元素转化过程是放热反应。煤中脂肪族C—H在煤温上升的过程含量逐渐降低。煤中COOH含量与总体的C=O含量变化趋势一致,当温度超过120℃以后,两者含量逐渐增加,此外对煤低温氧化过程涉及到的化学反应步骤也进行了研究推导。

关键词：亚烟煤元素迁移表观活化能官能团反应步骤

SF_6示踪气体瞬时-连续联合释放法在工作面漏风检测中的应用

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中国煤炭 2017年第9期43卷 108-111页

作者：吴玉国王涌宇太原理工大学矿业工程学院山西省太原市030024

针对平朔井工一矿4109工作面漏风现象,基于SF6气体的示踪原理,采用瞬时-连续联合释放法对4109工作面内-外漏风进行系统分析。试验结果表明,4109综放工作面外部漏风通道主要是地表裂隙通道,内部漏风主要来自于采空区和回风巷,并进一步计... 详细信息

针对平朔井工一矿4109工作面漏风现象,基于SF6气体的示踪原理,采用瞬时-连续联合释放法对4109工作面内-外漏风进行系统分析。试验结果表明,4109综放工作面外部漏风通道主要是地表裂隙通道,内部漏风主要来自于采空区和回风巷,并进一步计算出漏风量和漏风率,为矿井火灾的防治提供了依据。

关键词：矿井漏风 SF6示踪气体瞬时-连续联合释放法内-外漏风火灾防治

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基于地表异常特征的浅埋藏煤层火区边界划定

煤炭科学技术 2014年第S1期42卷 132-133,136页

作者：刘硕王涌宇王俊峰邬剑明太原理工大学矿业工程学院山西太原030024

针对我国西部地区浅埋藏煤层分布广泛且易自燃的情况,通过勘察塌陷、裂隙、烟气等地表异常特征,得出了一种快速、高效、低成本的初步确定火区的方法,该方法在车路坡煤田火区进行了应用,并且通过探测钻孔进行验证,达到了80%以上面积的重... 详细信息

针对我国西部地区浅埋藏煤层分布广泛且易自燃的情况,通过勘察塌陷、裂隙、烟气等地表异常特征,得出了一种快速、高效、低成本的初步确定火区的方法,该方法在车路坡煤田火区进行了应用,并且通过探测钻孔进行验证,达到了80%以上面积的重合率,可为进一步精确探测划定火区范围提供参考。

关键词：煤田火灾火区探测地表异常塌陷裂隙

融合自由曲面光学与全息光学元件的成像与显示系统设计

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光学学报 2024年第9期44卷 9-32页

作者：杨通王永东吕鑫程德文王涌天北京理工大学光电学院北京市混合现实与新型显示工程技术研究中心

光学自由曲面具备较高的设计自由度与像差校正能力；全息光学元件具备特有的波前调控特性、选择性、复用性、轻薄性与易加工性。在成像与显示光学系统设计中，将自由曲面与全息光学元件相融合，可以获得较为优秀的系统指标和系统性能，... 详细信息

光学自由曲面具备较高的设计自由度与像差校正能力；全息光学元件具备特有的波前调控特性、选择性、复用性、轻薄性与易加工性。在成像与显示光学系统设计中，将自由曲面与全息光学元件相融合，可以获得较为优秀的系统指标和系统性能，使系统形态更加紧凑、轻便，且得到离轴非对称的新型系统结构。简要介绍了自由曲面光学与全息光学元件的基本原理、光线追迹特性、应用领域等，阐述了自由曲面光学与全息光学元件的融合设计方法，基于对全息光学元件的分类，总结了融合自由曲面光学与全息光学元件的成像与显示光学系统的设计与应用，讨论了两类元件融合设计的限制因素并对未来的发展趋势进行了展望。

关键词：自由曲面光学全息光学元件融合设计成像与显示系统

煤氧化过程中CO生成机理的原位红外实验研究

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煤炭学报 2016年第2期41卷 451-457页

作者：王涌宇邬剑明王俊峰张玉龙唐一博太原理工大学矿业工程学院山西太原030024

为了明确煤氧化过程中CO的生成机理与生成途径,利用红外光谱仪与原位反应池,研究了煤低温氧化过程中,醛基、酮基与醌基3种官能团与CO产生规律的关联性,并对3种CO前驱体的表观活化能进行了推导计算。结果表明:煤在不同氧化阶段的CO是由... 详细信息

为了明确煤氧化过程中CO的生成机理与生成途径,利用红外光谱仪与原位反应池,研究了煤低温氧化过程中,醛基、酮基与醌基3种官能团与CO产生规律的关联性,并对3种CO前驱体的表观活化能进行了推导计算。结果表明:煤在不同氧化阶段的CO是由不同的前驱体生成;3种CO前驱体生成的表观活化能值均小于CO释放活化能,CO前驱体生成反应速率大于CO前驱体分解反应速率;在煤低温初始氧化阶段,对于变质程度较低的褐煤,酮类化合物为生成CO的主要前驱体,而在变质程度较高的无烟煤中,CO释放的主要前驱体为醌类化合物。当煤体温度升高至80℃,醛基、酮基与醌基3种官能团的化合物共同作为煤氧化生成CO的前驱体,当煤体温度高于150℃,醛类化合物为生成CO的前驱体,与煤种无关。

关键词：煤低温氧化 CO前驱体原位红外生成机理

φ(CO)/φ(CO_2)作为气煤采空区低温氧化指标值的研究

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太原理工大学学报 2017年第4期48卷 598-601页

作者：曹胜王俊峰张玉龙王涌宇太原理工大学矿业工程学院太原030024

为了研究一氧化碳与二氧化碳的体积分数比(φ(CO)/φ(CO_2))在义马气煤低温氧化过程中随温度的变化规律,本研究采用自行设计研发的恒温加热装置对制备好的混合粒径煤样在不同温度下进行恒温氧化,产生的气体用GC-950气相色谱仪进行分析... 详细信息

为了研究一氧化碳与二氧化碳的体积分数比(φ(CO)/φ(CO_2))在义马气煤低温氧化过程中随温度的变化规律,本研究采用自行设计研发的恒温加热装置对制备好的混合粒径煤样在不同温度下进行恒温氧化,产生的气体用GC-950气相色谱仪进行分析。记录CO和CO_2在不同温度下不同时间点的体积分数,进而计算出φ(CO)/φ(CO_2)值。分析不同温度下φ(CO)/φ(CO_2)值与时间的关系得出,当氧化反应进行一段时间后,φ(CO)/φ(CO_2)值会趋于一个稳定的值,且温度越高这个时间越短。进一步分析φ(CO)/φ(CO_2)稳定值与温度的关系,拟合分析得出了φ(CO)/φ(CO_2)稳定值与温度有良好的线性关系。与CO单位体积分数值相比,在义马气煤采空区φ(CO)/φ(CO_2)值作为指标值更具优越性,对生产有很好的指导意义。

关键词：气煤煤低温氧化指标气体 φ(CO)/φ(CO_2)

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大视场二维扩瞳全息光栅波导设计与加工

光学学报 2024年第2期44卷 264-271页

作者：程德文倪栋伟吕鑫王永东杨通王涌天北京理工大学光电学院北京100081 北京市混合现实与新型显示工程技术研究中心北京100081

为扩大体全息光栅波导的出瞳直径和视场,提出了二维扩瞳和视场扩展的两重体全息光栅波导设计方法。该波导结构的出耦合光栅由两个两重体全息光栅构成,用于实现二维扩瞳。将入射视场分为两条路径传播,每条路径负责一半的视场,最后将两部... 详细信息

为扩大体全息光栅波导的出瞳直径和视场,提出了二维扩瞳和视场扩展的两重体全息光栅波导设计方法。该波导结构的出耦合光栅由两个两重体全息光栅构成,用于实现二维扩瞳。将入射视场分为两条路径传播,每条路径负责一半的视场,最后将两部分视场拼接形成完整视场。该方法不仅扩大了出瞳直径,还有利于增大全息波导系统的视场角。介绍了二维扩瞳视场扩展的光学原理和设计方法,最终实现的系统水平视场为48°,垂直视场为27°,出瞳尺寸为16 mm×13 mm。实验结果验证了所提方法的可行性。该方法在扩瞳的同时有助于扩展视场角,为头戴近眼显示设备提供了具有前景的有效方案。

关键词：全息两重体全息光栅波导二维扩瞳视场扩展

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高温下煤吸附氮气后氧化特性变化的实验研究

煤矿安全 2017年第10期48卷 31-34页

作者：王涌宇邬剑明唐一博太原理工大学矿业工程学院山西太原030024

矿井自燃火区注氮气灭火时发现,煤体的温度仍会在高温中维持一段时间,高温下煤样对氮气的吸附影响着煤氧化自燃特性。以锡盟褐煤为研究对象,将煤样分别在200℃下吸附氮气6、12、18 h,通过分析实验煤样的气相产物及氧气消耗,煤氧化表观... 详细信息

矿井自燃火区注氮气灭火时发现,煤体的温度仍会在高温中维持一段时间,高温下煤样对氮气的吸附影响着煤氧化自燃特性。以锡盟褐煤为研究对象,将煤样分别在200℃下吸附氮气6、12、18 h,通过分析实验煤样的气相产物及氧气消耗,煤氧化表观活化能以及煤孔隙结构参数的变化,研究吸附氮气后煤样的氧化特性。实验表明,煤样经过高温吸附氮气的处理后,气相产物的释放量均高于原煤;高温吸附氮气降低了煤氧化活化能,吸附氮气时间越长,活化能值越低;处理后煤的孔平均直径、孔隙率与渗透率均高于原煤,增加了煤氧反应速率,加快煤氧反应进程。

关键词：高温氮气吸附气相产物活化能孔径氧化特性