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南京工业大学学报（自然科学版） 2021年第2期43卷 238-246页

作者：步允川徐永亮刘泽健吕志广刘真河南理工大学安全科学与工程学院河南焦作454003

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... 详细信息

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(TGDSC)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。

关键词：浸水风干氧化燃烧红外光谱分析氧化反应机制长焰煤

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浸水风干煤体二次氧化自燃升温特性研究

浸水风干煤体二次氧化自燃升温特性研究

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作者：张延博山东科技大学

学位级别：硕士

为研究煤的浸水风干煤体二次氧化自燃升温特性,本文选取富水矿区巴彦高勒煤矿煤壁新鲜煤样,按照实验室标准将煤加工、预处理,并针对整体及部分预处理煤样分别进行程序升温实验、热重实验、傅里叶变换红外光谱实验,对预处理后煤样的自燃... 详细信息

为研究煤的浸水风干煤体二次氧化自燃升温特性,本文选取富水矿区巴彦高勒煤矿煤壁新鲜煤样,按照实验室标准将煤加工、预处理,并针对整体及部分预处理煤样分别进行程序升温实验、热重实验、傅里叶变换红外光谱实验,对预处理后煤样的自燃倾向性进行进一步的研究,并据此判定实际生产过程中工作面采空区自燃危险区域,制定相应防灭火技术措施,主要研究内容及结论如下:(1)通过程序升温氧化实验,分析煤样升温过程中交叉点温度变化显示经处理后的煤样更易发生氧化自燃,且浸水风干96h预氧化140℃煤最易自然发火。实验过程分析选取并测定CO、C2H4、C3H8标志性气体,结果显示:经过浸水风干及预氧化处理的煤,生成的标志性气体浓度更大,生成速率更快,更具有自然发火的倾向。(2)通过热重实验后得出TG/DTG曲线,对特征温度进行记录即:物理吸附结束温度、临界温度、煤的干裂温度、煤的活性温度、煤的增速温度、煤的着火温度、煤的最大失重速率点温度、煤的燃尽点温度来判断不同预处理煤样的自燃倾向性。综合认定不同预处理煤样的自燃倾向性为:浸水风干96h预氧化140℃煤样>预氧化140℃煤样>浸水风干96h煤样>原煤。(3)根据傅里叶变换红外光谱实验后发现:经处理后的煤样在羟基、脂肪烃及芳香烃官能团谱峰强度均大于原煤。浸水风干主要对煤分子的羟基官能团造成影响;预氧化不仅对羟基官能团造成影响,对芳香烃官能团也造成了影响;浸水风干预氧化的综合条件下更是影响了羟基、芳香烃、脂肪烃官能团,综合认定浸水风干预氧化的煤较其他煤样更易发生氧化自燃。(4)判定了巴彦高勒311202工作面采空区危险区域。正常回采期间,采取以保证安全推进速度,实时观测,发现危险即采取注氮注浆的措施;对工作面临时停采期间,采用三级响应体系,通过制定防灭火技术等一系列技术措施来保障矿井安全生产,并取得了良好的治理效果。

关键词：浸水风干二次氧化标志气体特征温度官能团

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淮北矿区浸水风干煤体微观结构及自燃特性研究

淮北矿区浸水风干煤体微观结构及自燃特性研究

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作者：郑凯月中国矿业大学

学位级别：硕士

近年来,随着煤层开采强度增大、开采过程中用水量的增加以及受地下岩层水的影响,我国矿区中存在许多大面积水浸采空区。淮北矿区煤层埋藏深、间距小、采空区遗煤量大、易自燃,且由于大多数工作面采取注浆防灭火措施及受到裂隙岩层水的影... 详细信息

近年来,随着煤层开采强度增大、开采过程中用水量的增加以及受地下岩层水的影响,我国矿区中存在许多大面积水浸采空区。淮北矿区煤层埋藏深、间距小、采空区遗煤量大、易自燃,且由于大多数工作面采取注浆防灭火措施及受到裂隙岩层水的影响,使采空区遗煤长期被水浸泡,导致煤的物化性质发生变化。为保障邻近煤层及相邻工作面的安全回采,需先进行探放水工作。探放水过程增加了采空区漏风量,导致煤自燃危险性增加。目前,关于浸水煤的实验研究较多,但缺乏现场测试,对于现场浸水煤的自燃特性研究也几乎空白。所以,本文在实验研究基础上,结合现场测试,并对比现场浸水煤与实验室浸泡煤相比原煤的物化性质、自燃特性变化规律,最终揭示水浸采空区疏放后遗煤自然发火规律,为井下水浸采空区自燃防治提供指导。论文通过扫描电镜实验(SEM)测定了原煤及不同浸水煤(现场浸水煤、实验室浸泡煤)表面形貌特征,采用低温N吸附实验测试煤体孔隙结构变化规律,结果表明:浸水前后煤样均有不同数量孔裂隙分布在其表面,无论是现场浸水煤还是实验室浸泡不同天数煤样,均出现不同程度的孔隙、裂隙数量增多及扩大,孔裂隙的贯通性变好,煤氧接触面积增大,更有利于煤氧化反应。涡北、许疃皆为现场浸水煤比表面积值最大,其次为实验室浸泡60d,祁南现场浸水煤平均孔径最大,其次为实验室浸泡90d,表明此时水对煤体“增孔”及“扩孔”作用更明显,更有利于氧气在孔隙通道中流通,加速了煤氧复合反应。利用XRD实验分析了浸水前后煤体物相组成及晶胞结构变化,采用FTIR技术对比分析了原煤、现场浸水煤与不同天数实验室浸泡煤样的官能团变化特征。结果说明:浸水风干后煤体矿物质含量均有所降低,尤其是黏土矿物质和方解石溶解较多,石英相对含量基本不变。从碳微晶结构特征角度分析,浸水煤样与原煤的芳香微晶结构参数也具有差异,现场与实验室浸泡煤的层间距增大,而芳香层片的延展度L、微晶高度L及煤化度P均降低,表明水浸过程增大了煤体芳香层片层间距,降低了芳香层片有效堆砌度和延展度,减小了原始煤样的煤化程度,尤其是现场浸水煤变化程度最大。浸水改变了煤体中活性基团含量百分比,比起原煤,浸水煤中脂肪烃、含氧官能团中羟基(-OH)含量均有一定程度的增加,三种煤样均为现场浸水煤活性基团含量最多,涡北、许疃其次为实验室浸60d煤样,祁南其次为90d煤样。浸水煤中的主要活性基团含量提高,芳香烃基团降低,提高了浸水煤氧化反应速率,导致浸水煤自燃危险性更大。通过热分析实验与程序升温实验研究了原煤与不同浸水煤的氧化动力学特征参数,从中发现:浸水煤相比于原煤,低温氧化阶段特征温度值均降低,DSC曲线热流值峰值点T值无明显变化规律,说明浸水风干主要对煤低温氧化阶段有促进作用,尤其对现场浸水煤促进作用最大。进一步研究实验室浸泡0～90d煤体氧化特征参数,原煤和浸水煤的T、T与H值变化一致,涡北、许疃、祁南煤样分别在50d、60d、70d得到最易自燃浸水时长。同时,浸水煤氧化过程中的气体产物生成量、生成速率均较高,尤其表现在快速氧化阶段(>150°C),且均为现场浸水煤最强。浸水煤耗氧速率更高,交叉点温度、自燃倾向性降低,说明浸水过程提高了煤体低温氧化能力,浸水煤氧化活性更高,更易自燃。采用现场观测与实验研究相结合的方法,通过对许疃煤矿336采空区积水区域与未积水区域的气体组分浓度、温度进行观测,发现积水区域各测点CO浓度、温度均更高,遗煤低温氧化能力较强。同时,基于水质的不同,对现场矿井水损伤煤体微观结构机理进行了分析,发现矿井水呈弱碱性,在碱性环境中煤中矿物质与溶液离子交换更为活跃,矿物质溶解更多,因此现场浸水煤相比实验室浸泡煤的微观结构、自燃特性改变程度更大,现场浸水煤自燃氧化性更高。通过比较蒸馏水、矿井水浸泡相同时间煤样的自燃特性,发现矿井水浸泡煤样氧化反应能力更强。最后,从物理、化学角度系统分析了浸水作用影响煤自燃特性机制,发现浸水作用增加了煤与氧气的接触面积,提高了煤分子中活性基团含量,导致浸水煤氧化过程中生成气体产物的速率提高,自燃危险性更强。该论文有图48幅,表29个,参考文献101篇。

关键词：浸水风干增孔及扩孔活性官能团自燃特性影响机制

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浸水过程对采空区遗煤自燃特性影响机理

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燃烧科学与技术 2021年第6期27卷 665-674页

作者：郑凯月杨永良苗国栋李浦瑞中国矿业大学煤矿瓦斯与火灾防治教育部重点实验室徐州221116 中国矿业大学安全工程学院徐州221116

注浆防火措施和岩层水造成国内许多矿区采空区遗煤经历长期水体浸泡,势必造成遗煤自燃规律有所变化.为研究采空区长期浸泡煤的自燃特性,以涡北煤矿8201工作面机巷原煤、8201风巷浸水煤为研究对象,从煤微观孔隙结构、官能团演化、氧化升... 详细信息

注浆防火措施和岩层水造成国内许多矿区采空区遗煤经历长期水体浸泡,势必造成遗煤自燃规律有所变化.为研究采空区长期浸泡煤的自燃特性,以涡北煤矿8201工作面机巷原煤、8201风巷浸水煤为研究对象,从煤微观孔隙结构、官能团演化、氧化升温过程中气体生成规律及氧化动力学参数等方面展开实验研究.结果表明:经浸水风干后的煤体,矿物质含量呈减少趋势;煤中矿物质的溶解导致煤的孔隙结构发生变化,微孔比例增加,比表面积增大,总孔容减小.浸水风干煤体中的活性官能团数量增加,且在升温氧化过程中消耗速率更快;浸水风干煤样的TG-DSC曲线特征温度降低、氧化放热量增加;与原煤样相比,升温氧化过程中,浸水风干煤样的气体产物生成量、生成速率更高,交叉点温度由原煤的196℃降低到190℃,表观活化能由原煤的39.641 kJ/mol降低至39.100 kJ/mol,自燃倾向性增强.论文从煤体物理化学结构和宏观自燃特性变化角度探讨揭示了浸水过程对采空区遗煤自燃特性影响机理.研究结果可为近距离煤层群开采上覆采空区长期浸水煤的自燃防治提供参考.

关键词：焦煤浸水风干孔隙结构官能团自燃特性

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复杂条件下煤自燃特性参数变化规律研究

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煤炭工程 2023年第5期55卷 130-134页

作者：张荣刚解树亮国能神东煤炭集团有限责任公司锦界煤矿内蒙古鄂尔多斯017209 山东科技大学安全与环境工程学院山东青岛266590

为揭示锦界煤矿31116工作面采空区遗煤的氧化特性,利用程序升温实验系统研究了原煤、预氧化煤、浸水风干煤的低温氧化特性,分析了指标气体产生量、耗氧速率和放热强度与温度的对应关系,实验表明:实验过程中煤样的自燃特性参数均随温度... 详细信息

为揭示锦界煤矿31116工作面采空区遗煤的氧化特性,利用程序升温实验系统研究了原煤、预氧化煤、浸水风干煤的低温氧化特性,分析了指标气体产生量、耗氧速率和放热强度与温度的对应关系,实验表明:实验过程中煤样的自燃特性参数均随温度升高呈指数变化规律,CO可作为30~110℃之间的指标气体、C2H4可作为110~200℃之间的指标气体;二次氧化气体产生量、耗氧速率、放热强度均在反应前期低于初次氧化,反应后期高于初次氧化;浸水风干煤样氧化过程中的气体产生量、耗氧速率和放热强度更高,相较于原煤样,开始检测到CO、C2H4的温度点均提前了10~20℃,耗氧速率最高增大了173×10^(-11)mol/(cm3·s),最小放热强度与最大放热强度最高分别增加了211×10^(-5)J/(cm^(3)·s)和261×10^(-5)J/(cm^(3)·s),说明浸水过程对煤氧化进程具有一定的促进作用。

关键词：遗煤自燃煤低温氧化指标气体二次氧化浸水风干

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