煤泥微观结构及燃烧特性实验研究

为了掌握煤泥微观结构和燃烧特性,采用扫描电子显微镜、傅里叶红外光谱测试及热重分析的实验方法,研究了彬长矿区煤泥的表观特征、官能团种类及燃烧特性。采用动力学分析方法,得到了不同升温速率的动力学参数变化规律。结果表明:煤炭在洗选过程中分离出的矿物杂质以堆积或与煤互相渗透为一体的形式赋存于煤泥结构中,隔绝了煤泥与空气接触,影响了其表面性质;煤泥中存在大量矿物质基团,这是煤泥难以利用的重要原因之一;煤泥在不同升温速率下的氧化过程呈分阶段特性,且随着升温速率的增加,TG-DTG-DSC曲线均呈现滞后现象。高升温速率延长了煤泥热解燃烧的反应过程,使得煤泥的特征温度、着火特性指数Ci和燃烧特性指数S随升温速率的增加呈现增大趋势。煤泥的活化能E和指前因子A与升温速率呈负相关,但效果并不明显。研究结果对煤泥资源化利用具有重要意义。

烟煤升温过程中热物理特性

为探究煤低温氧化过程中热量存储和传输特性,选取4种不同变质程度烟煤作为研究对象,利用激光导热仪测试4种煤样热物理参数的变化,并通过敏感性和关联性分析得出热物性参数受温度和工业分析指标的影响规律。结果表明:4种煤样热物性参数随温度的变化规律较为一致,随温度增大,煤样的热扩散能力先减小后增大,热储存能力先逐渐增大,随后达到饱和状态,低变质程度煤样的热储存能力在210℃后出现了下降的趋势,热传导能力在210℃前变化缓慢,210℃后出现快速增大趋势;热扩散系数、比热以及导热系数随温度的最大变化率分别为0.041%、0.498%以及0.067%,相比于热扩散系数和导热系数,比热对温度的敏感性最大;热扩散系数与工业分析指标间的关联性与导热系数的一致,二者受煤中灰分的影响比较大,比热的主要影响因素则为固定碳。研究结果对于揭示烟煤低温氧化蓄热机理具有重要的理论意义。

表面横向风流作用下煤体的内部燃烧蔓延规律

煤的自燃特性使其在开采、存储和运输过程中存在火灾事故隐患,极大地阻碍了煤炭行业的可持续发展.通过自主搭建的敞车载运煤燃烧蔓延模拟实验装置,分析在表面横向风流作用下的松散煤体内部高温区域演变以及气体蔓延规律.结果表明,表面横向风流明显加快了本文实验煤样内部高温区域蔓延速度,相比无风状况下,高温蔓延速度加快了0.3倍(风流1 m·s^(-1)时)和0.5倍(风流2 m·s^(-1)时),高温区域峰值温度升高了120±20℃;受表面横向风流影响,燃烧蔓延路径向风流流动方向偏移;在风流0 m·s^(-1)时,燃烧的高温点O2体积分数快速下降阶段所经历的时间随纵深的增加逐渐增大,风流作用会加剧煤氧反应.研究成果可为煤炭在运输与储存过程煤火灾害形成规律研究提供参考借鉴.

华亭煤自燃特征温度的TG/DTG实验

选取华亭煤作为研究对象,通过X射线衍射和不同氧化条件下的热重分析(TG-DTG)实验,分析计算了煤样的微晶结构参数,掌握了煤样结构特征,并运用非等温动态热重法和微商热重分析手段,研究分析了煤氧复合过程,得到了煤样自燃过程中的特征温度。研究表明,华亭煤样热失重和失重速率曲线变化反应了煤氧复合过程中物理吸附、化学吸附和化学反应的不同历程,煤氧复合过程及复合程度可以用特征温度点来表征。

基于油浴程序升温试验系统的煤自燃特性研究

为了掌握煤自燃的规律,采用油浴程序升温试验系统,对亭南煤矿不同粒径煤样进行了程序升温试验,发现油浴程序升温试验系统比空气介质的程序升温系统稳定;可以采用CO和C2H4作为自燃预测预报的指标气体;亭南煤样自燃临界温度为55～70℃,干裂温度为90～110℃,煤样粒径越小则煤自燃的临界温度和干裂温度也越小;煤样耗氧速率、气体产生速率随煤温的升高而增大,煤样粒径分布范围越宽的煤样的耗氧速率越大。

煤自燃影响因素的热重分析

采用德国耐驰公司的TG209热重分析仪,针对在不同粒度、不同供氧浓度和不同升温速率的实验条件下,开展热重分析实验研究。通过对煤样氧化过程失重和失重速率曲线的分析,表明特征温度点可以从宏观上反映出煤样氧化微观过程中外界条件对反应过程的影响,并研究了不同实验条件对特征温度点和失重值的影响规律。

建设专业特色精品课程的实践与探讨

精品课程建设是高等学校教学质量与教学改革工程的重要组成部分。文章根据社会对通风专业技术人才的市场需求,结合精品课程建设要求和安全工程人才的培养特点,从教师队伍、课程内涵和教学资源等三方面建设实践工作进行了探讨,提出了提高教学质量,加快《通风工程》精品课程建设的思路。

卤盐载体无机盐阻化煤自燃的机理及性能

为了研究卤盐载体无机盐阻化剂对煤自燃的阻化机理及性能,采用差示扫描量热仪(DSC)测试了在稀土水滑石、MgCl2和卤盐载体无机盐三种不同阻化剂作用下,煤自燃过程中分阶段特征、特征温度、热效应和表观活化能等参数变化规律.测试结果表明,稀土水滑石层板的-OH能够与煤分子中的-COOH等酸性官能团产生弱氢键,造成-COOH等酸性官能团的活性减弱;Mg2+与煤分子中的—COO-发生络合作用,生成了-COOMg-,造成-COO-内的C=O活性减弱是卤盐载体无机盐抑制煤自燃的主要机理.煤样中添加卤盐载体无机盐后DSC曲线吸热峰均出现双峰或多峰,且较原煤的峰值温度后移了50~60℃、T1温度后移了90~100℃、总放热量降低了19~27 kJ·g^(-1),而且有效的提高了煤体各阶段的表观活化能.研究表明卤盐载体无机盐阻化剂可有效抑制煤自燃反应进程.

长焰煤低温氧化主要官能团迁移规律研究

煤自燃是引起煤矿火灾的主要原因,宏观上表现为煤自燃释放热量不断积聚,最终导致煤体升温引发火灾;微观上表现为煤中的活性官能团不断与氧进行各种氧化反应产生热量,不同煤种微观结构的种类和数量不同导致煤自燃倾向性不同。为研究典型杨伙盘长焰煤的原始波谱图、特征温度点的红外结构参数变化规律和主要官能团的迁移规律,采用原位漫反射傅里叶变换红外光谱测试系统,测量煤氧化过程中官能团的变化,得到了长焰煤原始煤样的波谱图;采用Origin软件对原始波谱进行分峰拟合,得出了各官能团的含量;计算分析了不同特征温度点下的红外结构参数,并与阳泉无烟煤进行了对比分析。结果表明:原始煤样中长焰煤的内表面积比较大,内部结构疏松,脂肪氢含量较多,脂肪链长度较短,芳香缩合度较低,更易发生自燃;随温度升高,各个温度点结构参数I_1长焰煤小于无烟煤,结构参数I_2长焰煤大于无烟煤,结构参数I_3长焰煤为先递减后递增的趋势;长焰煤中羟基、脂肪烃和含氧官能团是较活跃的基团,主要受自身羟基含量、烷基侧链和脂肪烃长链的影响,在煤氧化过程中变化较大,对煤的氧化反应影响较大;芳香烃在长焰煤中的变化较小,相对比较稳定。

陕西侏罗纪煤二次氧化自燃特性试验研究

为对上部煤层工作面采空区自燃危险性进行早期预测,研究煤样二次氧化自燃特性。以陕西玉华矿侏罗纪煤层未氧化煤样(一次氧化)和氧化煤样(二次氧化)为研究对象,采用煤样程序升温试验来系统测试二次氧化煤样的宏观自燃特性参数,并采用物理吸附分析法和红外光谱试验法测试煤表面微观特征。结果表明:氧化前期,二次氧化煤样耗氧速率、CO产生率和放热强度均大于一次氧化煤样的相应数据;氧化后期,二次氧化煤样自燃特性参数均小于一次氧化煤样的相应数据,且二次氧化煤分子中含氧官能团显著增多。

低变质程度煤二次氧化自燃特性试验

为了控制复采工作面的自然发火,遏制二次氧化灾害的发生和发展,采用煤自燃程序升温试验系统对选取的榆树井褐煤、玉华长焰煤、安山不黏煤和黄陵1号弱黏煤4种低变质程度煤样进行二次氧化自燃特性试验研究。结果表明:煤自燃氧化反应前期,二次氧化煤样产生的CO浓度、耗氧速率和放热强度等自燃特性参数均高于一次氧化煤样产生的量;而煤自燃氧化反应后期,二次氧化煤样的自燃特性参数低于一次氧化煤样。反应后期裂解产生C2H4,且二次氧化煤样产生的气体浓度小于一次氧化煤样。二次氧化煤样的特征温度点均向前移动,低于一次氧化煤样,说明二次氧化煤样氧化性增强,自然发火的危险性增大。

不同变质程度煤二次氧化自燃的微观特性试验

为探讨煤二次氧化特性,采用煤质分析、FTIR傅里叶红外光谱分析和程序升温实验分别对榆树井褐煤、黄陵烟煤和汝萁沟无烟煤的原始煤样及其氧化后(二次氧化)煤样进行微观自燃特性对比研究。结果表明:二次氧化煤样中C含量减小,O含量增大,水分减少;而比表面积与孔隙率增大,导致与氧发生反应的面积增大,致使氧化反应前期二次氧化过程中产生的CO浓度大于一次氧化。随着温度的升高,氧化反应后期煤分子中羟基、脂肪烃等活性官能团数量随之变化并大量消耗和再生,裂解产生C_2H_4气体,导致二次氧化过程中产生的CO浓度和C_2H_4浓度小于一次氧化。此外,二次氧化煤样特征温度点均提前于原始煤样,使得发生自燃的时间提前,说明二次氧化煤样氧化性强于原始煤样,更容易自然发火。

高温氧化条件下风化煤自燃特性试验研究

为掌握煤层露头火灾的发展演化规律,采用高温程序升温试验系统模拟了风化煤的高温氧化自燃过程,得到了从常温到650℃高温氧化过程中的宏观自燃特性及其表征参数,并应用指标气体的增长率分析法确定出风化煤高温氧化的特征温度点。结果表明:风化煤在高温低氧浓度条件下仍能持续发生氧化反应,并放出大量的热量,来维持其自燃;风化煤内含有的腐植酸会随着煤温的升高,逐渐发生热分解反应,从而导致氧化反应,产生的CO_2、CH_4、C_2H_4、C_2H_6浓度增加,且CH_4、C_2H_4、C_2H_6浓度随煤温的变化规律相似,由于风化煤受到化学风化作用,使这3种气体在低温阶段的浓度都比较小,之后随着温度的升高而迅速增大;此外,煤样粒径<0.9 mm时高温氧化产生的CO浓度,比其他粒径下的CO浓度总体上都大;在400~590℃,煤样粒径为7~10 mm时,高温氧化产生的CO浓度最小。

基于程序升温的煤低温氧化表观活化能试验研究

为了鉴定玉华长焰煤、安山不黏煤和华丰气肥煤这3种不同变质程度煤样的自燃倾向性,利用程序升温试验,建立了耗氧速率与煤体温度之间的阿伦尼乌斯公式并对其进行对数处理得到活化能方程,分析该方程的线性回归直线斜率并计算出煤样低温氧化表观活化能,再采用傅里叶变换红外光谱仪对煤样的表面分子结构进行了分析,揭示了不同变质煤样自燃倾向性差异的原因。结果表明:在3种试验煤样中,随着变质程度的加深,表观活化能呈现出逐渐增大的趋势,自燃倾向性降低;随着变质程度的加深,煤样表面分子结构中有利于自燃的基团减少,不利于自燃的基团增大,导致自燃倾向性逐渐降低。

煤矿采空区液态CO_2灌注防灭火关键参数研究

液态CO_2用于防治煤矿采空区火灾,相比传统的注氮防灭火有诸多优势,是一种有较好发展前景的采空区防灭火方法,为解决其在气化过程中易结冰及爆震,灌注量难于计算,气化吸热量较难确定这几个关键问题,对液态CO_2物性参数及其相变规律作了深入分析,结果表明:液态CO_2气化过程中易结冰的主要原因是其三相点温度(-56.6℃)较高,压力快速降低时气化导致的大量吸热使其温度达到三相点从而结冰,故防结冰首要措施是布设旁路气化增压系统及气相均压连通系统,并保持压力在1.2 MPa以上;防灭火灌注量需要控制采空区氧浓度为3%~5%以下,并参照液氮灌注防灭火计算方法求出灌注量;液态CO_2气化潜热跟其压力(温度)关系密切且变化较大,在考虑其对采空区的降温效果时应严格以压力(温度)为基准计算它的气化吸热量。通过这些研究为液态CO_2采空区灌注防灭火这一新技术的可靠应用及量化计算提供了一种新的解决方案。

矿井火区粉煤灰胶体充填封堵材料的试验研究

采空区或巷道漏风供氧是导致矿井煤层自燃的主要原因之一。该粉煤灰胶体充填封堵材料是由粉煤灰、水、水玻璃、羧甲基纤维素、碳酸氢氨化肥等制备而成,当其比例为120∶100∶15∶0.05∶2时,初凝强度较大,8d后强度大于2MPa,已能够替代塑性胶体(黄土)充填封堵材料,可在井下巷道中建立密闭墙,堵塞漏风,满足巷道封堵需要。并通过2m高的墙体试验,考察了浇注工艺,从而为防止煤层自燃或者为了防止有害气体扩散建立密闭墙提供了一种行之有效的方法。

含水率对煤二次氧化自燃特性影响的实验研究

为研究不同含水率煤二次氧化时的自燃特性,使用1/3焦煤为研究对象,通过物理吸附、解析实验测试水分对煤空隙结构的影响,采用程序升温实验测试不同含水率煤初次、二次氧化自燃特征参数。研究表明:初次氧化后煤样孔结构主要以中孔为主,其孔体积和比表面积随着含水率的增加而增大;在前期,原煤样产生的CO气体浓度大于不同含水率的水浸煤样,与CO2变化趋势相反;二次氧化煤样的CO,CO2气体浓度和放热强度处于初次氧化原煤样和不同含水率煤样之间,从而表现出不同含水率煤样在初次氧化后,其氧化活性大于原煤样,小于初次不同含水率煤样的氧化活性。为避免水分对煤自燃的影响,应加强对煤在水分的条件下发生初次氧化后煤二次氧化自燃的检测和预防。

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。

基于指标气体增长率分析法测定煤自燃特征温度

为测定煤自然发火时的特征温度,采用程序升温试验系统,并在指标气体分析法的基础上,建立指标气体增长率分析法,选取CO和C2H4指标气体、φ(CO)/φ(CO2)和链烷比及其增长率进行分析,得出取自多矿不同变质程度煤样的煤的自燃特征温度:福城矿不黏煤的临界温度为70~80℃,干裂温度为110~120℃;水帘洞矿弱黏煤临界温度为70~80℃,干裂温度为115~125℃;玉华矿长焰煤临界温度为60~70℃,干裂温度为100~110℃;赵楼矿气肥煤临界温度为80~90℃,干裂温度为110~120℃。分析结果表明:基于指标气体增长率分析法得到的不同变质程度煤样的自燃特征温度同指标气体分析法得到的特征温度一致,且变质程度越高的煤样越不易被氧化。

一种煤矿用新型快速胶体防爆密闭墙

为了防止煤层自燃和有害气体扩散或者瓦斯(煤尘)爆炸,煤矿井下常常需要建造防爆密闭墙隔绝火源、发火区以及瓦斯富集区。本文针对目前矿井密闭墙在应用中的局限性,提出了一种矿用新型快速胶体防爆密闭墙,由防爆外袋和水凝胶内充填材料组成。