灵东煤矿上分层综放开采型煤相似材料模拟试验研究

以灵东煤矿为研究对象,采用室内试验、物理相似模拟、现场监测方法,选取了石膏+石子+水作为型煤相似材料,优化了材料配比,验证了相似材料的合理性。研究结果表明,石膏∶石子=1∶5,石膏∶水=0.6∶1,石子粒径为3~5 mm时,材料强度与原煤强度基本一致;选用该配比制作型煤时,模拟试验与现场监测的基本顶平均周期来压步距分别为11.3、12.2 m,误差仅为7.38%,表明该配比制作型煤进行物理相似模拟试验时可以反映现场覆岩真实变化规律。

电石渣和煤矸石对型煤固硫性能的影响及作用机制研究

研制高效低成本的耐高温固硫剂和添加剂有助于解决型煤高温燃烧环境下钙基固硫产物的分解问题。电石渣和煤矸石属于典型的工业固体废弃物,利用固废作为添加剂制备固硫型煤有助于降低固硫型煤成本和挖掘固废资源价值,发挥这两种固废中矿物组分协同作用可改善高温条件下型煤固硫效果。开展了电石渣和煤矸石分别作为固硫剂和添加剂制备环保型煤的研究,考察了固硫剂种类(碳酸钙、氧化钙、氢氧化钙和电石渣)、钙硫物质的量比(1.5~4.0)、燃烧温度(900℃~1300℃)、煤矸石用量(2%~7%)对型煤固硫效果的影响。通过型煤燃烧评价实验发现,仅用电石渣作为固硫剂,在钙硫物质的量比为3.0时制得的型煤在燃烧温度低于1000℃时固硫率能达到80%以上,燃烧温度提高到1300℃时型煤固硫率下降40%,结合分析表征数据发现主要原因是固硫产物硫酸钙的高温分解。添加的煤矸石在高温条件下被电石渣组分活化后起到辅助固硫作用,当添加的煤矸石的质量分数达到5%时型煤的固硫率能维持在60%以上,在此基础上增加煤矸石用量并不能明显提升型煤固硫率。通过固硫产物热稳定性研究并结合分析表征数据发现,高铝煤矸石灰渣活性组分发生高温反应生成硫铝酸钙、钙黄长石、硅酸三钙等耐高温稳定物相,在一定程度上抑制了CaSO_(4)的分解,从而提高了型煤的高温固硫率。

热压型煤成型条件优化试验研究方法

针对当前煤矿瓦斯动力学物理模拟试验中型煤材料存在低强度和高渗透率问题,建立了一套热压型煤成型条件优化试验研究方法。首先,自主研发了热压型煤试验系统,并对试验系统优势和今后改进方向进行了汇总,同时基于Horsfield致密堆积理论创建了型煤材料最优配制方案,最后形成了以马氏距离度量法和黄金分割法相结合的成型条件优化方法。为了验证试验方法的效果,通过控制成型温度为311.8℃、升温速率为5℃/min和保温时间为5.3 h,开展了不同成型压力条件下热压型煤试验研究,研究了不同成型压力条件下的热压型煤微观结构、物理力学特性和渗透特性等响应特征。结果表明:增加成型压力,总孔隙度逐渐减小,单轴抗压强度呈先增大后减少的变化趋势,破坏形式以块状剥落和纵向破裂为主,初始渗透率呈先减小后增大、最小渗透率则呈先减后增再减的变化趋势。以各成型条件的具体数值为试验点、热压型煤和原煤的关键参数为评价参量构建样本矩阵,计算各成型条件下热压型煤和原煤之间的马氏距离,再结合黄金分割法对试验区间进行优化求解,优化后的最佳成型压力为80 MPa,在此成型条件下制作的热压型煤密度、单轴抗压强度和初始渗透率分别为1.137 g/cm^(3)、12.21 MPa、1.32×10^(-15)m^(2),与原煤的1.132 g/cm^(3)、12.83 MPa、1.08×10^(-15)m^(2)相似性极高,达到了提高型煤强度、降低型煤渗透率的目的。

稀油密封型煤气柜改单段式橡胶膜密封型煤气柜的实践

某公司16.5万m^(3)多边形稀油密封型煤气柜因焊接质量缺陷,多次进行补焊后,立柱边型变形,煤气柜柜壁多处出现渗(漏)油现象,煤气柜运行存在安全隐患和环保污染风险。为解决该问题,公司拆除了稀油密封型煤气柜的活塞及密封机构,结合国内近期开发的单段式橡胶膜密封型煤气柜结构,将16.5万m^(3)多边形稀油密封型煤气柜改造为10万m^(3)单段式橡胶膜密封型煤气柜,有效地消除了安全隐患和环境污染,达到了节能减排的目的。

纤维素基粘结剂对型煤成型的影响研究

粘结剂成分及配比对型煤的成型过程、强度、成本控制等方面具有至关重要的作用。文章基于冷压成型工艺,改变无机粘结剂、复合纤维素基粘结剂、添加水量的配比,探究了这3种因素对颗粒强度的影响规律及机理。结果表明:影响成型的最关键因素是水分添加量,其次是粘结剂的种类及用量;复合纤维素基和无机成分混合后,增强了成型过程中的机械与物理化学结合力,显著增强了颗粒抗压强度;纤维素Ⅰ(8%)+纤维素Ⅱ(16%)+黄陶土(6%)+水分(20%)配比下的型煤冷、热强度分别达到1320.16和132.97 N,其成型最为理想,可以指导工业化应用及理论发展。

改性黄蒿型煤型焦的性状研究

采用2.5%NaOH改性的黄蒿为粘结剂,对六组不同粒级神木粉煤原料进行干法冷压制备改性黄蒿型煤,再经热解制备改性黄蒿型焦。借助扫描电镜(SEM)、红外光谱仪(FT-IR)对型煤和型焦进行表征,并测定其性能强度。结果表明,与型煤相比,型焦的红外特征峰强度明显减弱,谱峰数量减少,热解过程中主要发生脱水、裂解、缩聚反应,小分子及活性官能团被大量破坏,烃链结构缩合,型焦芳香度增加,其芳香度指数为4.34。型煤的性能强度随着神木煤粉粒度减小而减小。粒度较小的粉煤在成型压力作用下煤粒间隙越小,型煤脱模后受膨胀压力影响导致性能强度降低。粉煤粒度越大,煤粒间隙较大,可容纳较多粘结剂,并与煤粒产生一定的啮合力,保证了型煤的性能强度。型焦整体性能强度优于型煤。热解过程部分含氧官能团被C-C取代,并伴随挥发性物质逸出,产生的气孔分布均匀、壁厚较大,进而保证型焦性能强度。型焦强度随着神木煤粉粒度增大而增大,当神木粉煤粒级在(3~1.5)mm时,型焦抗压强度为3338.9 N/个,跌落强度为98.96%,抗碎强度为83.16%。

小麦秸秆制备热解型煤黏结剂的实验研究

以生物质和低阶粉煤为原料制备热解型煤是实现低阶粉煤高效清洁分质利用的重要技术之一。该研究以小麦秸秆水解残渣(WSR)为黏结剂主要成分,分别复配3种无机黏结剂成分和5种有机黏结剂成分,考察了黏结剂组成对型煤落下强度、热强度和热稳定性的影响规律,优选了膨润土、碱性淀粉、腐植酸钠(HA-Na)等3种黏结剂成分,采用正交试验对复合黏结剂的组成进行了优化。在最优复合黏结剂配比(WSR 12.5%,膨润土3%,HA-Na 3%,碱性淀粉1%)条件下,制备的型煤落下强度为98%,冷压强度3 161 N/个,热强度1 231 N/个,热稳定性99%。

保温时间对二次炭化型煤微结构的影响与力学-渗流特性强化研究

物理模拟试验是煤矿瓦斯灾害发生机制与防控的一种有效方法。目前开展煤矿瓦斯灾害物理模拟试验所用型煤材料其力学强度、渗透率与原煤差异性较大,如何改善型煤(BC)的抗压强度、渗透率是型煤成型过程中面临的关键问题。基于此,采用热压成型方法制作了若干不同保温时间下二次炭化型煤,并采用SEM、NMR、XRD、FTIR、MTS-815岩石力学试验系统和含瓦斯煤热-流-固耦合三轴伺服渗流试验装置对不同保温时间下二次炭化型煤进行测试分析,分析了不同保温时间对其表面形貌、T2谱形态、孔隙度、微晶结构、基本结构单元芳香烃、烷基侧链和各种官能团演化规律,厘清了不同保温时间下二次炭化型煤的力学及渗流特性,并确定最优的保温时间。结果表明:随着保温时间的增加,二次炭化型煤表面粗糙度、孔径逐渐变大,且增至6.7 h后,BC表面有裂隙出现,保温时间越长,裂隙越明显;BC累计孔隙度及中孔孔隙度逐渐增大,而微孔孔隙度逐渐减少;芳香层间距(d_(002))呈先减后增,而微晶直径(L_(a))和微晶高度(L_(c))均先增后减;脂肪链的长度减少,芳香环的缩合程度(A_(ar)/A_(al))呈先增大后减小;单轴抗压强度呈先增大后减小,渗透率呈先减小后增加。在保温时间为5.3 h为最佳保温时间,此时热压BC的单轴抗压强度和弹性模量都最大、泊松比和渗透率最小,其力学强度、渗透率和密度依次为9.85 MPa,1.49×10^(-15)m^(2)和1.127 g/cm^(3)。该研究为提高煤矿瓦斯灾害发生机制与防控基础试验中的真实还原性,有效预防控制煤矿瓦斯灾害事故具有重要的现实指导意义。

升温速率对热压型煤微结构演化规律及力学、渗流特性的影响

煤矿瓦斯灾害物理模拟实验中,型煤材料制作方法是影响其强度和渗透率的关键因素。引入Horsfield致密堆积理论优化型煤材料的配比,对不同升温速率下热压型煤的力学-渗流特性开展研究,并考察不同升温速率对其分子结构和孔隙结构影响。结果表明:随着升温速率的增加,热压型煤的C1s元素占比、分子结构官能团中醇、醚基(C—O/C—OH)和芳香烃、脂肪碳(C—C/C—H)含量呈先增后减再增规律;单轴抗压强度呈先增大后减小规律,而初始渗透率呈先减小后增大的趋势;最优升温速率为5℃/min。研究成果对提高型煤与原煤的相似性具有指导意义。

原煤与型煤损伤破坏的应力声发射变化特征对比研究

在研究声发射特征与煤样和断裂的关系时,原煤和型煤都可用作实验样本。大多煤层材质较软,制造标准的原煤试样较为困难,因此使用型煤作为研究样本的实验较普遍,但型煤改变了煤的原始结构,影响了其物理和力学性质,使用型煤替代原煤作为实验样本的适用性一直是学术界讨论的焦点。此外,目前对于原煤和型煤在假三轴压缩实验中表现出的声发射特征差异的研究相对有限。针对上述问题,开展了原煤和型煤假三轴压缩声发射实验,从力学性能、断裂模式和声发射时空演化、频带能量分布、非线性特征等方面着重讨论和分析。结果表明:加载过程中释放的声发射能量和峰值应力总能量与煤样强度密切相关,原煤主要为剪切和拉伸混合破坏模式,型煤主要为拉伸轴裂破坏模式;煤样的声发射位置分别对应其宏观破裂形态,但发生时间和空间分布不同;在峰前加载阶段,原煤的声发射信号相对较少,而型煤的声发射响应剧烈,并在峰值应力时刻达到最大值;通过小波包分析得到型煤的声发射频带能量分布范围小于原煤,原煤的声发射信号频率主要集中在10~120 kHz,而型煤的声发射信号仅在0~100 kHz频率范围内活跃,说明型煤的微破裂规模大于原煤;原煤和型煤的波形能量90%活跃在0~150 kHz;当加载试样接近失稳破坏时,即加载应力为峰值应力的99%左右时,原煤和型煤声发射信号的Hurst指数均大于0.5,表明声发射时间序列与加载过程具有长期相关性。

含瓦斯型煤多级降压解吸规律研究

外部环境压力变化是影响煤样瓦斯解吸规律的主要因素之一。为研究煤体在常压与多级降压环境下瓦斯解吸规律的差异,以型煤为研究对象,通过自主研发的含瓦斯煤体带压解吸系统,对不同吸附平衡压力下的型煤试样分别进行常压解吸和多级降压解吸实验,对比分析其解吸特性,并总结不同经验公式对解吸数据的适用性。结果表明:2种解吸环境下的瓦斯解吸量随时间的变化均呈现“快速上升-逐渐变缓-趋于稳定”;在多级降压解吸过程中,相同解吸时间内的瓦斯解吸量随解吸压力的降低而增大,解吸达到平衡状态所需时间变长,不同吸附平衡压力下的累计瓦斯解吸量与解吸压力呈负相关;乌斯基诺夫式和文特式对常压及各解吸压力下的多级降压过程都具有较高的拟合度,而巴雷尔式只能描述降为常压后的瓦斯解吸过程。

型煤强度重复测试波动情况统计分析

分别利用无机黏结剂和有机黏结剂,在相同的实验条件下制备5种型煤,利用t分布对型煤的冷压强度、浸水强度、耐磨强度、热稳定性和落下强度的测值波动进行了统计分析。结果发现,型煤强度测试结果之间并无显著性差异,质量稳定性较好。无机黏结剂和有机黏结剂制备型煤的冷压强度的最大相对误差分别在4.11%和4.30%以内,浸水强度的最大相对误差分别在5.30%和5.68%以内。无机黏结剂制备型煤的落下强度、耐磨强度、热稳定性的最大相对误差分别在3.26%、2.76%和4.11%以内。型煤浸水强度的质量波动大于型煤的冷压强度,热稳定性比耐磨性测试的最大相对误差高,这与型煤强度测试流程长、测试干扰因素多有关。

洁净型煤NO_(x)生成特性与排放规律实验研究

为了研究民用洁净型煤中NO_(x)生成特性与排放规律,通过管式炉燃烧实验装置研究了燃烧温度、燃烧氛围、氧浓度、一次风比例、模拟烟气再循环和半焦掺混比例等因素对于洁净型煤NO_(x)排放的影响。结果表明:在900~1200℃范围内,NO_(x)随着燃烧温度升高而呈线性趋势下降;在O_(2)/N_(2)和O_(2)/CO_(2)气氛下,氮转化率总体上均随着氧气浓度增加而下降,随着一次风比例的增加,NO_(x)生成量整体呈上升趋势;采用烟气再循环方式有利于降低氮转化率,但只有烟气再循环比例较大时,NO_(x)才有明显下降;在600℃、800℃、1000℃三种温度下制备半焦,当制焦温度为600℃时,半焦与型煤掺混后NO_(x)排放量最低,并且氮转化率随着半焦比例的增加而下降。

基于真空挤压技术的圆棒型煤成型因素研究

针对兖矿枕状型煤采用干法高压(15~20 MPa)对辊成型机制备,存在辊皮寿命周期缩短、维修成本增加,同时枕状型煤不适用于自动化炉具等问题。结合兖矿丰富的烟煤资源,以0~3 mm烟煤为原料,利用真空挤压成型技术,采用湿法成型方式制备圆棒型煤,研究粒度配比、成型压力及水分、烘干时间、黏结剂对圆棒型煤成型质量的影响规律,为中试系统设备选型及工业化型煤生产线设计提供参数指导。结果表明:利用双级锤式破碎机进行两次破碎后的粉煤粒度,可以达到紧密堆积状态,其中1~3 mm粒径占比65%;挤出压力与物料水分呈负相关,正常成型压力为3~5 MPa,生产线成型水分按25%计算所需外水加入量;设定干燥理论公式边界条件,为不同干燥温度下的烘干时间计算提供依据,利用网带式烘干机,130℃干燥温度下,需要干燥4 h;选取2%的黏土作无机黏结剂,型煤质量要高于膨润土黏结剂,经济成本更低。

炼焦煤性质与低阶煤配比对高压型煤成焦性能的影响

使用低阶煤制备冶金焦炭是缓解炼焦煤资源紧张,优化煤炭资源利用的重要途径。型煤炼焦是高比例使用低阶煤制备冶金焦炭的重要方法。为探究低阶煤在高压型煤炼焦中的应用,研究了焦煤和1/3焦煤添加不同比例低阶煤高压成型高温干馏后型焦的抗压强度、气孔结构、光学组织、表面形貌等方面的特征。结果表明,随着低阶煤配入比例的增加,型焦抗压强度呈先增加后减小的趋势,最高可达到6 kN以上,优于一级冶金球团矿抗压强度2.5 kN的标准。与传统炼焦方式不同,在高压型煤炼焦中,低阶煤与炼焦煤发生交互作用,可以促进焦炭中镶嵌结构的形成,镶嵌结构起到连接焦炭碎裂的组织结构、减少半焦表面孔洞数量和裂缝的作用。添加一定比例的低阶煤可以增加型煤胶质体的透气性,减少高压型煤干馏过程由于挥发分析出受阻而形成的结构缺陷,从而提高型焦的强度。但低阶煤添加比例过高后,会降低型煤胶质体的粘结性,型焦的强度降低。低阶煤的最优配比因炼焦煤的性质而有所不同。在成型压力150 MPa下,低阶煤与主焦煤的最优配比为50%,与1/3焦煤的最优配比为30%。

POC型煤气柜柜壁凸鼓问题的原因分析及解决措施

唐钢新区30万m~3POC型煤气柜运行中出现气柜柜壁凸鼓,内壁板焊缝开裂漏油,密封装置在柜容量13.5万m^(3)、18万m^(3)、22万m^(3)左右时,出现6个油泵站双泵全启,活塞油沟油位下降快速等隐患问题。经过全面检查和原因分析,通过检修解决了相关问题。为业内同行提供借鉴与参考。

围压对原煤和型煤渗透特性影响实验研究

为研究型煤与原煤的渗透特性与围岩应力之间的关系,使用MZY-Ⅰ型煤层渗透率测定仪分别对原煤与型煤进行渗透率测定,分析了不同围压、不同瓦斯压力下原煤与型煤渗透率的变化规律。研究结果表明:(1)在围压不变的条件下,受Klinkenberg效应的影响,原煤与型煤的渗透率随瓦斯压力的增大而减小,且煤样渗透率随瓦斯压力的增加呈负指数函数变化;(2)在瓦斯压力不变的条件下,原煤及型煤煤样的渗透率与围压呈负相关关系;(3)在相同条件下,型煤的渗透率大于原煤;随瓦斯压力增大原煤渗透率下降幅度小于型煤。

高热强度型煤制备机理与热转化行为研究

为了高效利用新疆地区日益增长的粉煤资源,最简单有效的解决手段是将粉煤制备成型煤,型煤的优劣可以通过冷态抗压强度和热强度进行判断。本文选取沥青渣作为黏结剂,提出了热预处理提升型煤热强度的方法,研究了工艺关键参数对热强度提升的效果和机理,并计算了型煤产品的燃烧动力学参数。研究结果表明,以沥青渣为黏结剂的冷压型煤冷态抗压强度为10.9 MPa、热强度为0 MPa;250℃热预处理后型煤的冷态抗压强度为9.8 MPa,热强度为21.5 MPa;450℃热预处理后型煤的冷态抗压强度为8.5 MPa,热强度为35.3 MPa。热预处理过程中提升了型煤内颗粒之间的固体桥联联结力,在250℃时,随着沥青渣的软化,熔融分散,再冷却形成固桥提升热强度,只发生了物理变化;在450℃时,由于热预处理导致型煤内部发生化学反应,在接触面反应完成后形成稳定的大分子结构,导致热强度提升。采用不同的机理函数对型煤的活化能、指前因子和相关系数进行计算,对比相关系数的结果显示,型煤产品的燃烧遵循二阶反应动力学。研究内容为制备高热强度型煤和完善型煤热强度提升机理提供了支撑。

工业型煤的现状与开发应用

论述国内外型煤技术研究发展概况 ,以及国内型煤的开发应用现状。介绍了北京煤化所在型煤粘结剂。

我国型煤技术现状及发展方向

介绍了型煤的技术特点和产品分类,叙述了国内外型煤发展的历程及其现状,重点阐述了国外型煤技术发展的最新动态和国内气化型煤研究所取得的一系列科研成果。针对我国目前型煤应用中的问题,进行了探讨。指出,环保型煤、生物质型煤和低变质程度烟煤气化型煤技术是我国今后型煤技术发展的重要方向。