煤低温氧化过程耗氧速率研究

为探究不同煤样低温氧化阶段耗氧速率,使用煤低温氧化实验测试装置对HM、JT、PB、DL、ZX等煤样完成了升温氧化实验,分析了不同煤样的耗氧速率。实验结果表明:随着温度升高,不同煤样的耗氧速率均呈现逐渐增大的趋势;通过耗氧速率与煤温数据进行分段线性回归,可以得到煤低温氧化阶段的特征温度值;低温氧化过程的生成物浓度的高低与耗氧速率的大小存在线性关系。

采空区煤低温氧化预测模型研究

CO是煤低温氧化预测的关键参数。基于采空区内的实测数据,采用遗传算法对支持向量回归模型进行参数寻优,建立煤低温氧化预测的模型;在保持测试集和训练集相同的情况下,建立了标准SVR模型、随机森林模型和神经网络模型,以MAE、MAPE与RMSE、R^(2)为指标,与GA-SVR模型的预测结果进行对比。结果表明:SVR、RF、BPNN和GA-SVR模型训练集预测结果的平均绝对百分误差为2.4814%、2.4917%、2.0852%和1.3683%;测试集的平均绝对百分误差为14.2920%、14.0555%、16.0402%和6.5266%,相应的拟合优度为0.7382、0.7562、0.6455和0.9345。GA-SVR模型的预测效果最好,说明GA-SVR模型具有更好的泛化性和鲁棒性。利用GA算法优化SVR模型参数能够提高预测精度和准确度。

基于吸氧量的煤低温氧化动力学参数测定

活化能是表征煤自燃倾向性的重要指标.建立了基于吸氧量的煤低温氧化动力学参数计算模型、实验方法及实验装置.研究分析了供气氧体积分数及煤样粒径对测定结果的影响,确定了最佳实验条件,即供气氧体积分数为10%,煤样粒径为0.125~0.25 mm.最后,测定了张集、杨庄和永城煤样的化学动力学参数,其活化能的大小很好的反映了煤样的自燃倾向性.

参比氧化法研究煤低温氧化特性

为了研究煤低温氧化过程的热释放特性,提出了一种新的参比氧化实验方法,即对氧化煤样罐通入氧气使煤氧化,而对参比煤样罐通入氮气作为比较;同时提出了参比氧化法的理论模型,并根据该模型推导出煤低温氧化产热速率的计算方法。对4种不同变质程度的煤样进行了实验,得出了参比氧化法过程中氧化煤样温度,参比煤样温度,氧化与参比煤样温度差和煤的低温氧化过程产热速率,并对煤的自燃倾向性进行了比较。在实验基础上,提出煤在实际自燃过程具有比较明显的四个阶段的理论。

基于静态耗氧实验的煤低温氧化反应动力学分析

利用Agrawal近似法从化学动力学角度推导了煤低温氧化耗氧速率方程,得出O2浓度与温度的理论关系式,并利用柴里气煤静态耗氧实验数据,通过最小二乘法得到柴里气煤在各温度阶段的反应级数;由斜率和截距求得各阶段活化能E和指前因子A,并借用Tolman对活化能的定义,解释了柴里气煤低温氧化过程中活化能与温度、反应速率的关系,以及负的活化能的形成。

基于CO浓度的煤低温氧化反应机制实验研究

论文利用实时监测反应装置,模拟采空区遗煤在低温下的氧化过程。发现采空区CO释放速率随氧化时间的增加表现出明显的阶段性,并利用数据拟合方法找出CO的产生速率与时间的函数关系式。同时,通过实验对比研究证实,CO的释放速率除了受到氧气浓度和煤体表面活性位点的影响外,主要还是由于煤氧化产生抑制反应的氧化产物。

煤样粒径对煤低温氧化影响的实验研究

基于测试耗氧速率和氧化动力学参数研究煤样粒径对煤低温氧化的影响。利用煤低温氧化测试系统,测算在供应气体流量、氧含量等给定条件下四类不同粒径范围煤样升温氧化耗氧速率,同时依据基于耗氧量建立的数学模型来测算煤低温氧化时不同粒径煤样活化能和指前因子等动力学参数,结果表明不同粒径煤样低温氧化耗氧速率变化分为缓慢耗氧、浅度耗氧和深度耗氧等三个阶段,在实验条件下煤样粒径小于0.198mm的煤样更适合煤低温氧化。

煤低温氧化的红外光谱研究

利用傅立叶红外光谱(FTIR)分析了下沟煤矿8#煤层煤样经过不同温度、不同时间氧化的产物中,各官能团的组成及变化,研究了煤中部分官能团随氧化温度和时间变化的规律,据此推测了煤低温氧化的反应历程。

煤低温氧化动力学参数测试方法对比研究

针对现有研究缺乏对不同煤低温氧化动力学参数测试方法的对比分析,采用Coats-Redfern法、q/m法及Starink等转化率法3种测试方法分别计算煤低温氧化动力学参数,并以煤氧化自热反应时间和自燃临界堆积厚度作为对比参量比较3种方法的准确性。通过绝热氧化装置和同步热分析仪进行了煤样在纯氧和贫氧条件下的绝热氧化实验、多升温速率实验和恒温实验。根据热分析实验结果,分别采用3种方法计算煤低温氧化动力学参数。依据获得的动力学参数计算煤氧化自热反应时间和自燃临界堆积厚度。将计算结果与实测的煤氧化自热反应时间和采空区实际遗煤厚度进行对比,评价3种方法的准确性。实验结果表明:①通过绝热氧化实验实测的煤氧化自热温度变化率随时间的推移均逐渐增大;采用Coats-Redfern法计算得到的温度在0~8 h(q/m法为0~10 h)内几乎不发生变化,超过这一时间段后温度迅速升高;采用Starink等转化率法获得的温度变化趋势与绝热氧化实验实测结果类似。②采空区实际遗煤厚度大于Coats-Redfern法计算得到的临界堆积厚度;采用q/m法获得的临界堆积厚度超过了该工作面所在煤层厚度,与实际明显不符;采用Starink等转化率法获得的计算结果与实际较为接近。③采用Starink等转化率法获得的预测结果与实测结果更为接近,表明Starink等转化率法得到的煤低温氧化动力学参数较其他2种测试方法更为准确。

煤中伴生金属元素对煤低温氧化特性的影响

为分析Na、Mg、Al、K、Ca、Mn、Zn七种金属元素对烟煤自燃特性的影响,选用含7种代表性的金属离子的氯盐与硫酸盐,每100 g许疃烟煤添加1 g无机盐;通过耗氧分析、差示扫描量热法(DSC)和阻化率测定对比各金属元素对煤低温氧化的阻化效果;计算氧化动力学参数,并结合自由基反应理论,分析了7种金属元素对煤自燃作用机制。研究结果表明,Mg、Zn、Ca、Al、K、Na等元素阻化率在9.5%～57.9%,在60～180℃的低温氧化活化能最大增加29.6%,上述金属无机盐与煤分子结合生成稳定的络合物,增强了煤中活性结构的稳定性,也可捕捉煤中羟基自由基等活性分子,抑制煤的氧化。Mn元素因多价态之间转换所造成的电子传递对煤自燃有一定的促进效果。

煤低温氧化释放CO影响因素的灰色关联与权重研究

为研究煤低温氧化过程中各种因素对CO释放的影响,选取神东长焰煤作为主要研究对象,基于程序升温试验,探究煤粒径、升温速率、通风量3种因素对煤低温氧化过程中释放的CO浓度的影响规律,并通过灰色关联分析得出3种因素对煤低温氧化各个阶段中释放的CO浓度的影响程度。结果表明:在煤低温氧化过程中,在煤温到达90℃之前,各因素对CO浓度的影响很小,当煤温到达90℃之后,通风量与CO浓度呈正相关,升温速率和煤粒径与CO浓度呈负相关,但当煤粒径<80目时,不完全符合此规律;在煤温为90~190℃阶段,各因素对CO浓度的影响差异较明显,通风量对CO浓度的影响权重最大,煤粒径次之,升温速率的影响权重最小;在煤温为190~250℃阶段,通风量对CO浓度的影响权重最大,升温速率次之,煤粒径的影响权重最小。该研究结果可为煤自燃预测预报工作提供依据。

风量对煤低温氧化气体产生影响的实验研究

CO作为煤自燃过程中的指标气体,已被国内外广大学者认可。本文为研究风量对煤低温氧化过程中产生气体的影响规律,在常温(25℃)下进行小风量(3mL/min、6mL/min、9mL/min)及变风量(30mL/min、60mL/min、90mL/min、120mL/min)条件下进行试验,采用自制实验系统对高瓦斯易自燃煤层煤样进行试验测试。结果表明:当供风量为3~9mL/min时,随着供风量的增加,煤在低温氧化后产生CO气体浓度降低;当风量为3mL/min时,CO气体浓度最高达337ppm,且CO气体浓度与供风量近似成反比;CO_(2)气体浓度随着供风量的增加逐渐增加;当供风量为30~120mL/min时,随着风量递增,CO气体浓度呈台阶式递减趋势,CO_(2)气体浓度随着风量的增加而降低。通过以上试验测试对判定煤低温氧化自燃程度具有指导意义。

煤低温氧化程序升温的函数模型研究

为研究不同煤样在低温氧化的过程中,自燃指标性气体与煤温的内在规律,本文基于程序升温实验测定了灵泉矿褐煤煤样。通过实验确定了煤样CO及C_(2)H_(4)标志性气体浓度与温度的关系,并利用非线性曲线对其拟合得出了函数方程。进一步将该方程应用于长焰煤、不黏煤、气煤、1/3焦煤、弱黏煤及无烟煤等煤样,研究其普适性。该研究结果对于煤低温氧化程序升温理论研究具有一定的理论意义。

煤低温氧化下H2O生成影响因素试验研究

为给揭示煤低温氧化机理提供理论依据,在线性升温下模拟煤的快速氧化,通过监测煤氧化过程中煤温和产生的水分,并与煤在氮气下加热过程的对比,研究煤低温氧化过程中气体氧化产物H2O的生成量,对比分析气流氧浓度、煤含水量和煤质量对煤氧化生成H2O量的影响。研究表明:煤氧化生成的H2O量随氧化温度的增加而逐渐增加;较高的氧分压促进氧在煤表面物理、化学吸附,进而使得煤氧化生成H2O量随气流氧浓度的增加而增加;煤氧化生成H2O量随煤含水量的增加而逐渐增加;尽管质量较多的煤温的升高随炉温的升高而减慢,然而由于较高的热容量,其较多的氧化自热产生较多的气体氧化产物H2O。

神府煤流化床低温氧化煤分子中活性基因的变化

对神府大柳塔 2 - 2 煤样在流化床反应器中进行氧化实验 ,并对氧化后的系列煤样进行了FTIR分析 ;讨论了氧化过程中煤分子结构中含氧官能轩、脂肪族及芳香族主要基团的变化规律。

φ(CO)/φ(CO_2)作为气煤采空区低温氧化指标值的研究

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。

用红外光谱技术研究煤的低温氧化规律

利用傅立叶变换红外光谱 (FTIR)分析技术 ,对暴露于空气中不同时期的氧化煤样的红外光谱进行了测试与分析。根据煤的主要特征光谱峰 ,确定出煤中参与氧化的不同种类的特征官能团 ;通过特征官能团吸收光谱强度变化 ,得出煤在氧化进程中官能团数量的变化规律 ,从而确定出煤的氧化能力。

基于煤自燃防治视角的升温速率对煤低温预氧化热流变化特性的影响研究

为研究煤在低温预氧化过程中热流变化的特性,利用差示扫描量热仪对3种煤样(长焰煤、焦煤、无烟煤)进行了循环升温试验,得到煤样在不同升温速率下两次预氧化程序升温过程中的DSC曲线。结果表明:煤在低温预氧化过程中,前后两次升温过程对煤热流变化的作用存在明显差异,即第一次预氧化升温过程中,3种煤样随着升温速率的增加,吸热峰向高温侧偏移,吸热量增大,热流变化的规律性明显,第二次预氧化升温过程中,煤样的热流变化较小,没有出现明显的吸热峰,表明第一次预氧化升温过程对煤热流变化的影响较大。

采空区煤体低温氧化特性的实验研究

采空区的漏风条件以及氧气的不均匀分布严重影响煤体自然氧化状态。对煤样在氧气体积分数分别为3%、5%、7%、9%、12%、15%、18%、21%时进行低温氧化实验,利用气相色谱仪与傅里叶红外光谱仪,分析产气过程及官能团的变化规律。实验表明:脂肪烃CH2、CH3与羟基OH参与氧化反应,其占比随着氧化温度的升高而下降,且随着氧气体积分数的增加,降低幅度也在增大。在氧化升温中,羰基CO和羧基COOH的峰面积占比不断上升;当升温至230℃时,在氧气体积分数21%条件下,CO与COOH占比增长率分别为59.71%和49.96%;当氧气体积分数≤9%时,各活性官能团变化幅度相对较小,说明低氧条件对煤氧复合具有一定抑制作用;当氧气体积分数>9%,各活性官能团反应更容易被激活,温度超过70℃后,CO体积分数开始急剧升高,煤体更易进入快速氧化阶段。

复杂条件下煤自燃特性参数变化规律研究

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。