浸水煤自燃热分析实验与活化能分析

煤自燃是煤矿安全的重大影响因素之一,很多煤矿事故都是由煤自燃引发而来。煤层中存在的裂隙给地下水渗入煤层创造了条件,由此造成了煤矿中产生有浸水的煤,对煤自燃放热特性形成影响。利用热分析法中的热重法和差示扫描量热法研究5种不同程度的浸水煤的热反应过程,得出TG-DSC曲线图,对各个煤样的特征点温度进行了分析,通过利用活化能衡量煤自燃的难易程度,根据实验得出的数据进行分析研究,对防治煤矿火灾具有实际意义。

浸水风干煤的自燃特性及MgCl_(2)阻化效果研究

为深入探究采空区遗煤水浸后的自燃特性以及MgCl_(2)阻化剂对浸水煤氧化的抑制效果,利用煤体低温氧化实验系统和傅里叶红外光谱仪,分析原煤及浸水30、90、150 d煤样及在MgCl_(2)阻化剂影响下的官能团变化规律。实验结果显示,浸水时间越长,脂肪烃含量越多,煤体的低温氧化活性就越强,阻化剂抑制效果逐渐减弱;随着浸水时间的增加,—CH_(2)、—CH_(3)、—OH与—COOH含量的降低幅度逐渐扩大,C=O含量的增长幅度逐渐增加。在氧化升温的早期阶段,MgCl_(2)阻化剂对煤氧化过程的抑制效果较好,后期阻化效果降低,对煤氧化过程的抑制效果逐渐减弱。当煤浸水的时间越久,风干煤体的氧化活性就越强,产生CO浓度也越高,而MgCl_(2)阻化剂对煤氧化的抑制效能也在随时间流逝而减弱。基于以上发现,建议在采空区加强温度监测,并对长期浸水后风干的煤层实施定期补充MgCl_(2)阻化剂,加强对煤氧化过程的抑制效果,防止采空区浸水风干煤层发生自燃。

浸水煤表面结构演化与自然发火指标实验研究

为了提高浸水煤自燃预警的可靠性和准确性,采用扫描电镜实验与程序升温氧化实验研究了不同含水率煤与原煤的结构变化和氧化规律。首先对比分析了浸水煤的表面结构变化,然后通过浸泡法制备了含水率为4%、11%、18%、25%、32%的煤样,利用程序升温实验分析不同含水率煤样气体产生量随温度的变化关系。结果表明:浸水后,煤样氧化产生CO和C_(2)H_(4)的临界温度由73℃、180℃提前到62℃、161℃,各煤样升温过程中产生气体随温度升高而升高,含水率为18%的煤样产生的CO、CO_(2)、C_(2)H_(4)和C_(2)H_(6)体积分数最高;在CO、C_(2)H_(4)可作为标志气体的基础上,引入CO与CO_(2)体积分数比值γ和C 2H_(4)与C 2H_(6)的体积分数比值ε,分别作为煤吸氧蓄热阶段和自热氧化阶段的预测指标,即:γ≤0.019时,煤样温度小于136℃,处于吸氧蓄热阶段;0.752≤ε≤0.836时,煤样温度136~226℃,处于自热氧化阶段;γ≥0.908时,煤氧化温度大于226℃,处于加速氧化阶段。最后,基于CO、C_(2)H_(4)、C_(2)H_(6)三种标志气体和γ、ε值,建立了浸水条件下采空区遗煤自燃的分级预警防控指标体系。

浸水干燥烟煤微观结构与自燃特性关联性研究

为了探究浸水煤微观结构对煤自燃能力的影响,将不黏煤浸水处理,浸水时间分别为5 d、15 d、25 d和35 d,采用全自动比表面积分析仪、X射线衍射仪和同步热分析仪研究浸水煤孔隙分布、芳香微晶结构及热失重特性,并采用灰色关联方法掌握浸水煤中芳香微晶结构参数与表观活化能之间的相关性。结果表明,当浸水时间超过15 d后,浸水煤比表面积分别增大了0.78%、8.97%和23.61%。随着浸水时间的增加,浸水煤的芳香层片层间距增大,有效芳香层片数目减小,且浸水煤的芳香层片延展度和堆砌高度均小于原煤。同时,浸水煤的干裂温度和最大失重速率温度逐渐减小,且BNM-35的表观活化能最低,这主要是受煤中有效芳香层片数及芳香层片堆砌高度的影响。研究成果为采空区内遗煤自燃防控提供理论基础。

浸水对煤氧化活化能和热效应的影响

为了研究浸水对煤自燃的影响,选取不同变质程度的煤样,制备相同含水率的原煤和浸水煤样进行红外光谱和热重实验。对比分析红外光谱,发现浸水煤的活性基团增多,氧化活性高于原煤。应用TG曲线,基于判定煤自燃难易的着火活化能理论,研究了原煤和浸水煤在氧化自燃过程中的活化能变化,结果表明浸水煤的失水活化能增加到原煤的1. 01～1. 29倍,说明在受热条件下浸水煤中的水分更难蒸发出来;浸水煤的着火活化降低为原煤的0. 51～0. 89,说明浸水煤干燥后更容易发生自燃;浸水前后煤的燃烧活化能基本不变,说明浸水过程不影响煤的燃烧阶段。通过DSC曲线,分析了原煤和浸水煤在氧化自燃过程中的热效应变化,发现浸水煤的氧化放热量升高至原煤的1. 04～1. 59倍,从热量变化的角度说明浸水煤更容易自燃。

浸水加温条件下长焰煤电阻率变化规律实验研究

为探究不同环境因素作用下长焰煤电阻率变化特征,选取内蒙某煤矿煤样,利用搭建的煤电阻率测试装置,在不同温度、不同浸水时长以及不同测试频率条件下,开展试验,测试干燥煤样和浸水煤样的电阻率,研究多因素叠加作用对长焰煤电阻率变化特征的影响机制。实验结果表明:相同浸水时间和温度条件下,测试频率越高,长焰煤的电阻率越小;随着浸水时间增加,煤样电阻率整体呈下降趋势;在温度40℃及以上,浸水时长在12小时内,电阻率下降较快;在温度25℃条件下,随浸水时间增加,电阻率呈阶梯状下降趋势;浸水时长在12小时后,电阻率下降趋势变缓或达到不变;随着水温升高,电阻率呈下降趋势;测试频率升高,电阻率越小且电阻率更快趋于平缓稳定趋势。

多因素条件下浸水焦煤电阻率变化规律实验

煤矿采空区自燃区域因位置隐蔽及影响因素多导致定位难度大,可考虑利用煤的电性参数变化规律探测隐蔽煤火位置.为研究浸水焦煤电性参数随环境因素的变化特征,选取山西某矿煤样,利用自制煤电性参数测试装置,在不同的温度、浸水时长及测试频率条件下,测试浸水煤样的电阻率,探索多因素作用对焦煤电阻率变化特征的影响机制.研究结果表明:随浸水时间增加,焦煤电阻率呈下降趋势,且12 h后电阻率的整体下降速度趋缓;焦煤电阻率随温度升高而降低;相同环境因素条件下,随测试频率增高,焦煤的电阻率变小;浸水焦煤电阻率随测试频率增大、温度增高而更易达到稳定状态.

长期浸水风干煤瓦斯吸附解吸规律研究

为了探究长期浸水风干煤对瓦斯的吸附解吸规律,选取未浸水的原煤和浸水15 d、1个月、3个月、5个月的风干煤样,通过瓦斯吸附和解吸实验、液氮吸附实验,研究了不同浸水时间条件下风干煤的瓦斯吸附和解吸变化规律,以及孔隙结构分布特征。研究结果表明:随着浸水时间的增加,煤样累计瓦斯吸附量先减小后增大,对瓦斯的最大吸附量先减小后增大,而Langmuir压力先增大后逐渐减小;15 d浸水风干煤样的瓦斯初期解吸率大于其他长期浸水风干煤样的解吸率,而从1个月到5个月浸水风干煤样的解吸率逐渐降低;随着浸水时间的增加,煤样的BET平均孔径和BJH累计孔容逐渐增大,BET比表面积先减小后逐渐增大,同时与吸附量相关的微孔占比和微孔比表面积呈现先减小后增大的趋势。

浸水时间对浸水风干煤初始自燃特性的影响

为了探究浸水风干煤物化性质的演变规律以及其对煤体初始自燃特性的影响规律,通过电子自旋共振波谱仪与气体常压吸附仪联用,在能量储备与煤氧吸附两个层面协同研究了浸水时间对浸水风干煤初始自燃特性的影响机制,并首次研究了浸水作用对煤与多元气体间竞争吸附特性的影响。研究表明:煤体自由基的种类随浸水时间的增加而不断减少,而自由基浓度N_(g)则随浸水时间的增加而不断增大;同时,一方面,由于煤体部分成分的溶解消散及基质吸水膨胀,使得煤体孔隙率及对干空气等气体的吸附量也随浸水时间的增加而不断增大,另一方面,由于浸水作用对煤体孔隙结构的改造对煤体吸附O_(2)能力的促进作用要大于N_(2),使得煤体对O_(2)的吸附量及吸附气体中O_(2)含量均随浸水时间的增加而不断增大。

孤岛面遗煤氧化自燃特性以及“滞后”效应研究

为了有效预防孤岛工作面遗煤氧化自燃,采用公斤级的程序升温装置对孤岛面的原煤和浸水煤初次和二次氧化升温、降温过程的自燃特性及"滞后"效应进行研究,结果表明:原煤和浸水煤升温、降温过程气体产物曲线呈现"非对称性",升温过程相对降温过程产生"滞后"效应;初次氧化之后,二次氧化过程耗氧速率增大,自燃危险性增大;原煤浸水之后,自燃危险性显著增大。