中高硫煤矸石自燃阶段划分与气体析出规律相关性分析

煤矸石随煤炭开采洗选加工过程产生,无处理自然倾倒形成矸石山,长期蓄热引发自燃。受煤层煤质影响,煤矸石种类繁多,其中含硫量高的洗选煤矸石排量集中、自燃倾向性大,内蒙古棋盘井镇煤矸石山多为洗矸堆积,部分已长期自燃,严重威胁周边环境及居民健康。为预警矸石山自燃,同时科学高效治理已燃矸石山,需对该区中高硫煤矸石进行自燃全过程研究,分析自燃各个阶段气体的析出规律。利用同步热分析和质谱仪联用系统(TG-MS)得到中高硫煤矸石氧化燃烧过程中质量、热量及气体析出的同步变化情况,进行关联性分析,并根据数据特点选用Spearman相关系数法进行相关性分析验证。结果表明:中高硫煤矸石中黄铁矿的存在对自燃有促进作用,依据特征温度点氧化燃烧过程可划分为I黄铁矿氧化及气体脱附阶段、II吸氧增重阶段、III挥发分析出阶段、IV燃烧阶段、V燃尽阶段等5个阶段。在各阶段H_(2)S、CH_(4)、CO、NO气体均有析出,呈增强趋势,而SO_(2)、CO_(2)、NO_(2)气体在III、IV阶段大量析出。Spearman相关分析得出各气体析出量与质量呈高度负相关,排序为R_(SO2)=R_(CO2)=R_(NO2)>R_(CO)>R_(NO)>R_(H2S)>R_(CH4)。此外,SO_(2)、CO_(2)、NO_(2)气体在III、IV阶段大量析出与质量大量减少高度负相关(相关系数为−1)。今后,可继续研究SO_(2)、CO_(2)、NO_(2)气体的可监测性、灵敏性及选择性,分析其作为指标气体的可行性,为矸石山自燃预警提供新思路。