长焰煤气水相渗特征实验研究

长焰煤内部蕴藏大量煤层气,随着开采深度的不断增加,需要对煤储层中煤层气与地下水之间的复杂渗流特性进行探索,以降低煤层气开采难度、提高煤层气开采效率。以内蒙古鄂尔多斯准格尔旗魏家峁矿区长焰煤为实验对象,采用TCXS-Ⅱ型煤岩气水相对渗透率测定仪进行长焰煤气水相渗实验,利用非稳态法得到不同有效应力、孔隙压力和温度作用下长焰煤在气驱水过程中的气水相渗特征,结果表明:(1)当有效应力由3.7 MPa增大至7.7 MPa时,气相相对渗透率上升幅度减小,而水相相对渗透率下降幅度略有增加;有效应力的增大会对流体的渗透能力产生抑制作用,且对水相渗流的抑制作用大于气相渗流;残余水饱和度随着有效应力的增大而增大。(2)当孔隙压力由2 MPa增大至6 MPa时,水相相对渗透率曲线下降幅度变缓,气相相对渗透率曲线上升幅度更加明显,气水共渗范围变宽,等渗点饱和度增大,残余水饱和度减小。(3)当温度由20℃升高至80℃时,气相相对渗透率增长幅度及水相相对渗透率下降幅度均逐渐变大,气水共渗范围变宽,残余水饱和度呈下降趋势,气相渗流量呈增长趋势。该研究结果可为长焰煤储层水力压裂和注热开采等煤层气开采技术研究提供理论依据和实验参考。

麻地梁煤矿首采综放面收作期间防灭火技术研究

麻地梁煤矿507首采面是采用放顶方法开采埋藏浅特厚的长焰煤,漏风严重,丢煤多,尤其在工作面收作期间未进行放顶,采空区遗煤量更大。另外,工作面未采阶段推进速度慢,遗煤氧化时间长,极易引起采空区煤自然发火。针对以上情况,采取注氮降氧、高位钻孔注浆和注高固水材料覆盖隔氧、堵漏控风等的综合防灭火措施,保证了该工作面支架的安全撤出,为类似回采条件的工作面收作期间的防灭火提供参考。

长焰煤配煤炼焦在平遥煤化的研究与应用

长焰煤具有高挥发分、低灰、低硫的特点,在配煤炼焦中适当引入可以降低配煤成本。本文通过40 kg小焦炉试验和大焦炉工业生产数据研究表明,在保证焦炭质量合格的情况下,优化配煤结构,加大长焰煤配比,可以大幅度降低配煤成本,实现效益的最大化。

Combustion characteristics of semicokes derived from pyrolysis of low rank bituminous coal

Various semicokes were obtained from medium-low temperature pyrolysis of Dongrong long flame coal.The proximate analysis,calorific value and Hardgrove grindability index(HGI) of semicokes were determined,and the ignition temperature,burnout temperature,ignition index,burnout index,burnout ratio,combustion characteristic index of semicokes were measured and analyzed using thermogravimetry analysis(TGA).The effects of pyrolysis temperature,heating rate,and pyrolysis time on yield,composition and calorific value of long flame coal derived semicokes were investigated,especially the influence of pyrolysis temperature on combustion characteristics and grindability of the semicokes was studied combined with X-ray diffraction(XRD) analysis of semicokes.The results show that the volatile content,ash content and calorific value of semicokes pyrolyzed at all process parameters studied meet the technical specifications of the pulverized coal-fired furnaces(PCFF) referring to China Standards GB/T 7562-1998.The pyrolysis temperature is the most influential factor among pyrolysis process parameters.As pyrolysis temperature increases,the yield,ignition index,combustion reactivity and burnout index of semicokes show a decreasing tend,but the ash content increases.In the range of 400 and 450 °C,the grindability of semicokes is rational,especially the grindability of semicokes pyrolyzed at 450 °C is suitable.Except for the decrease of volatile content and increase of ash content,the decrease of combustion performance of semicokes pyrolyzed at higher temperature should be attributed to the improvement of the degree of structural ordering and the increase of aromaticity and average crystallite size of char.It is concluded that the semicokes pyrolyzed at the temperature of 450 °C is the proper fuel for PCFF.

不同水解菌及复合菌剂对长焰煤作用特征

煤制生物气过程主要依靠细菌和古细菌的共同作用完成,产气是目的,煤的底物利用率是关键。而水解是整个发酵过程的限速步骤,关系到煤的水解率及降解率,水解细菌作为煤制甲烷厌氧发酵过程的重要功能菌群,研究优势水解菌种的特征降解功能具有特殊重要意义。以水解过程中的细菌为研究对象,分析各单一菌种及复合菌剂对煤的降解特征,并探讨菌种间的共轭关系,结果如下:不动杆菌和假单胞菌联合降解后在进行产气的样品,其总产气量最高为19.86 mL/g,假单胞菌处理后的样品其总产甲烷量最高,总产甲烷量为10.78 mL/g;不动杆菌和假单胞菌联合降解,其降解特征与不动杆菌降解功能相似;不动杆菌和多粘类芽孢杆菌联合降解,失去对羧酸中OH键和单邻芳香C—H键降解能力;假单胞菌和多粘类芽孢杆菌联合降解,减弱了对羧酸中OH键、单邻芳香C—H键的降解能力;假单胞菌降解后的煤样其比表面积和总孔容降低程度最大,分别降低了16.478 m^(2)/g和0.284 cm^(3)/g。经不同菌剂降解后介孔和大孔平均孔径普遍增大,而微孔最可几孔径普遍减小。本研究为提高煤的水解率和最终的产甲烷能力提供支撑。

长焰煤泥高剪切油团聚分选提质的试验研究

针对我国低阶煤煤泥含水率高、表面含氧官能团含量高、孔隙发达等使得其亲水而可浮性差,难以通过浮选方法有效分选提质的问题,采用接触角测量仪、傅里叶红外光谱仪、X射线衍射仪等手段对陕西某长焰煤泥性质进行了分析,并采用高剪切油团聚法对难以采用浮选法有效分选的长焰煤泥进行了分选提质的试验研究。通过单因素探索试验,得到了矿浆质量分数为10%、搅拌速率为2200 r/min、团聚油柴油用量为干矿量的40%、搅拌时间为20 min等最佳参数,在最佳参数条件下,分选效果为精煤产率13.51%,可燃体回收率71.04%。

低阶长焰煤细观结构定量分析与表征单元确定

表征单元体(REV)作为量化多孔介质材料尺度效应的一种基本方法,是构建煤体宏-细观跨尺度结构模型的有效手段。为提高煤体细观结构REV结果的准确性,基于煤样细观尺度下孔裂隙结构特征研究,提出了煤样细观结构定量表征方法,以煤样试件不同位置与不同破裂方向的423个尺度下的孔裂隙二值图像为依据,分别从孔裂隙分布密度、几何形状、方位定向3个角度分析了煤样细观结构的几何特性。在考虑煤体非均质性与各向异性的采样方法基础上,分析了REV尺寸的空间效应与方向效应,最后,利用变异系数法确定了合理的煤样细观REV尺寸。采用图像处理、统计学与变异系数判别相结合的方法对低阶长焰煤细观结构的定量表征与REV确定方法展开相关研究。研究结果表明:①针对灰度不均、边界模糊、对比度低的煤样SEM图像提出了一种孔裂隙结构准确识别与定量分析的方法;②确定了反映煤样各向异性的细观结构定量表征指标,包含孔隙率、整体形状因子、分形维数与定向分布系数;③与平行层理相比,垂直层理方向微裂隙更为发育,孔隙率为平行层理的2倍,大孔径孔隙贡献率为85%,具有较强的空间充填能力,孔裂隙整体形态规则性较差,但边缘形态光滑性较好,定向分布更趋于简单;④基于变异系数可接受值10%确定了煤体细观结构表征单元尺寸为200μm×200μm。

不同配比长焰煤对高硫焦煤共热解行为及硫迁移的影响

为探究在高硫焦煤中添加长焰煤对煤热解过程及硫形态转化的影响,使用大容量热失重装置考察不同配比长焰煤与高硫焦煤配合的共热解实验,研究了高硫焦煤与长焰煤共热解协同效应;并利用非破坏性光电子能谱(XPS)对热解后的焦炭进行表征,结合煤样的铝甄低温干馏实验,进一步探讨不同配比长焰煤对高硫焦煤中硫形态迁移的影响。结果表明:高硫焦煤中的硫以有机硫为主,其中噻吩类硫质量分数为40%、亚砜类硫质量分数为34%,通过铝甄低温干馏后,87.5%的硫分留在了半焦中,2.8%和9.7%的硫分分别转移至焦油和气体中;不同配比长焰煤与高硫焦煤共热解过程中,在575℃~650℃存在明显的负向协同效应,并且随着长焰煤配比的增加,负向协同效应程度增加;当长焰煤配入质量分数为5%时,能够有效提高脱硫率,促进高硫焦煤中硫化物硫和亚砜类硫的逸出。

调浆对低阶煤浮选的影响及其机理研究

为了研究调浆对低阶煤浮选的作用,以低阶煤为原料,研究了调浆转速和时间对低阶煤浮选的影响。通过傅里叶红外光谱仪、X射线光电子能谱分析和接触角测定仪分析了调浆前后煤泥表面性质的变化。结果表明,调浆显著提高了低阶煤的浮选效果,随着调浆转速和时间的增加,精煤产率和可燃体回收率逐渐增加。当柴油用量为7 kg/t、调浆转速为2400 r/min、调浆时间为1 min时,精煤可燃体回收率和浮选完善指标达到最大值。煤样表面的接触角随着调浆转速的增加逐渐增加,但调浆转速过高时,煤样表面接触角略有降低。与调浆前的煤样相比,调浆后煤样表面的碳含量增加,C—C/C—H官能团含量增加,C—O官能团含量降低,煤样表面疏水性增加。强搅拌调浆有利于减少低阶煤表面含氧官能团,提高非极性油的分散程度,增加捕收剂与煤颗粒的碰撞概率,但搅拌转速过高时,高强度的剪切作用可能会使吸附在煤颗粒表面的药剂脱附,降低调浆和浮选效果。

长焰煤燃烧特性热重实验及动力学分析

为了进一步了解和掌握长焰煤的自然发火过程,利用热重—差热同步热分析仪对唐家会矿长焰煤进行热重实验,分析了不同氧气体积分数及升温速率下煤样的TG、DTG曲线、特征温度、DSC、DDSC曲线和热反应动力学参数。结果表明,同一氧气体积分数下,升温速率增大时TG、DTG、DSC、DDSC曲线的变化趋势相同且均向高温侧偏移,而相同升温速率下,氧气体积分数增大时TG、DTG、DSC、DDSC曲线均向低温侧偏移。氧气体积分数分别为6%、12%、18%时,煤样活化能分别为187.65、194.13、200.78 kJ/mol,随氧浓度增大而增大;升温速率分别为2、5、10℃/min时的煤样活化能分别为242.94、208.51、200.78 kJ/mol,活化能随着升温速率的增大而减小。此研究结果可以为类似赋存长焰煤的矿提供防治煤自燃灾害的理论基础。

长焰煤的载体浮选试验研究

为了改善长焰煤浮选效果,提高低阶煤利用率,探究载体浮选对长焰煤浮选效果的提升机理。以陕西榆家梁选煤厂的长焰煤作为浮选入料,内蒙古上海庙选煤厂的-1.3 g/cm3无烟煤作为载体,进行了载体浮选试验研究。对长焰煤进行粒度分析和XRD分析,结果表明:其细粒级含量多且灰分较高,脉石矿物主要为石英和高岭土。细粒度煤泥及黏土矿物的存在,易产生细泥罩盖和机械夹带现象,导致浮选效果较差。首先探究了加入载体的粒级及比例对长焰煤浮选效果的影响。结果发现,随着载体粒径的逐渐减小,其精煤产率逐渐降低,0.5~0.25 mm无烟煤作为载体时,与常规浮选相比,其精煤产率增加了3.89%,精煤灰分降低了0.17%。当载体添加质量比为10∶1时,精煤产率可达到71.93%,精煤灰分为11.48%。通过筛分可将0.5~0.25 mm进行筛分回收,浮选精煤中的载体回收率达到可98.48%,载体得到有效回收。其次探究了长焰煤煤泥粒级对载体浮选的影响,结果发现,0.5~0.25 mm的载体可以有效提高-0.045 mm长焰煤的浮选效果,与单独浮选-0.045 mm煤泥相比,精煤产率提高了9.31%。综上可知,载体浮选主要提高细煤泥的浮选效果。最后通过SEM、絮体图像分析及EDLVO理论计算可知,-0.045 mm长焰煤通过疏水作用力粘附在载体表面,并形成了大量的絮体,从而提高了长焰煤的浮选效果。

中国新生代煤炭资源分布与煤质特征评价

对中国新生代煤炭资源分布与煤质特征进行整体归纳评价,有助于煤炭资源的高效洁净利用。阐述我国新生代煤炭资源在全国各大区的总体分布,重点探讨云南省、辽宁省、吉林省及黑龙江省新生代煤的资源分布,并剖析中国主要新生代煤系的煤质特征及利用途径。研究表明:中国新生代煤的资源分布地区不均,在不同时期的探明地质储量约为280亿t,其中西南区的新生代煤探明地质储量约为163亿t,云南省的新生代煤占比最高,东北区、华东区等其他各大区均有不同程度的分布。在新近纪时期已形成以小龙潭和昭通等为代表的大型褐煤矿区,因埋藏浅且又有巨厚煤层因而多适用于露天开采。而古近纪时期早已形成的抚顺、沈阳、梅河与山东龙口等煤田多产41号长焰煤及生产部分褐煤和少量气煤;新近纪、古近纪煤分别约占全国新生代煤的2/3、1/3。中国新生代煤的主要煤质特点是全水分普遍较高、灰分和硫分变化较大、以陆相沉积的特低硫煤到海陆交互相和浅海相沉积的中高硫与高硫煤均有、发热量(Q_(net,ar))也普遍较低。中国新生代煤系的煤质不稳定性与各地区在不同时期形成煤的地质条件变化有关,古近纪、新近纪煤的煤岩显微组分、腐殖酸产率、透光率(P_(M))和煤灰熔融性软化温度之间均有明显区别,古近纪煤的平均镜质组、煤灰成分中的Al_(2)O_(3)含量均高于新近纪煤,而新近纪煤的灰熔融性软化温度明显低于古近纪煤,表明新近纪煤在气化和燃烧时更易结渣。在研究新生代煤系的煤质变化规律时发现同一煤田的煤层V_(daf)随着埋藏越深则其值越小,即煤化程度越深。陆相沉积的古近纪41号长焰煤属低硫煤,而海陆交互相或浅海相沉积的云南等省新近纪褐煤的硫分普遍较高。我国新生代高硫煤多集中分布于云南省新近纪褐煤中,产煤中的高硫煤占20%以上,其全水分较高、热值低而难以脱水、脱硫和减灰且不宜单独燃烧,建议采用降硫、脱灰等有效措施以提升其利用价值。

五花洞煤矿煤层煤质特征及成煤环境分析

五花洞煤矿地处五花洞背斜推覆体南西端,下二叠统栖霞组梁山段产可采煤层1层,厚0.60~4.26 m,煤类别为中高灰中至高硫低磷长焰煤,对煤层煤岩特征、煤质特征进行分析,结合沉积环境对煤质特征影响进行探讨。在采取改进采矿工艺、选矿脱硫、配煤等降硫措施后,该长焰煤可以用作发电燃料,还可用作烧石灰、砖瓦或民用燃料。

浸水过程对长焰煤自燃特性的影响

为揭示长期浸水长焰煤的自燃特性及影响机制,实验研究了长焰煤原始煤样和长期浸水风干煤样的低温氧化特性,分析了长期浸水对煤微观结构、氧化升温过程及活化能等方面的影响规律。研究结果表明:长期被水浸泡煤样的表面孔隙结构更发达,平均孔径、介孔孔容和微孔孔容都有不同程度的增大;同时,浸水煤样表面的部分有机物和无机物会溶解在水中,煤中自由基浓度增加,基团分布与原煤相比存在明显变化;与原煤样相比,经过90,180 d浸水过程后的煤体,低温氧化过程的气体产生量和产生速率更高,交叉点温度由原煤的160.9℃降低至157,151.5℃,活化能分别降低了3.84,4.18 k J/mol,表现出更高的自燃倾向性。研究结果可为西部浅埋藏近距离煤层群开采上覆采空区长期浸水煤的自燃防治提供借鉴。

东胜长焰煤热解含氧官能团结构演化的^(13)C-NMR和FT-IR分析

以东胜煤田色拉一号井田2号煤层长焰煤为研究对象,利用浮沉离心法富集其镜质组。基于工业分析、元素分析、13C-NMR、FT-IR、谱图分峰拟合技术和化学分析测试,求取镜煤及一系列热解煤含氧官能团结构与含量参数,从不同角度研究了含氧官能团的分布规律与演化特点。镜煤中羧基、羰基含量分别为8.91~10.90 mol/kg、1.61~1.79 mol/kg,随热解温度升高羧基显著减少。热解作用促使以端基形式连接在脂肪链或脂肪环结构氧上的甲基和亚甲基首先脱去,且在温度高于350℃后基本稳定。氧在热解过程赋存状态的变化是芳香体系与脂肪体系相互竞争的结果,510℃热解煤中芳香类氧和脂肪类氧的含量分别为7.49、3.45 mol/kg。羟基的演化过程与热解过程中氧的赋存状态密切相关。随着热解过程的进行,在热解温度低于440℃时,各种羟基含量均减少,热解过程对于大分子网络的破坏干扰了各种氢键作用,而羟基π作用则暂时增强,至510℃时各种氢键含量均降为最低。东胜长焰煤中含氧官能团化学活性顺序为:[COOH]>[R-O]>[Ar-O-Ar,Ar-O-C,C-O-C]>[C=O]。镜煤非活性醚键含量为0.68 mol/kg,活性醚键为0.48 mol/kg,主要为非活性醚键。

内热式滚动床对神木长焰煤热解提油性能的研究

研究了神木长焰煤在内热式滚动床内的热解性能。实验表明,滚动床内的轴向温度分布有利于低阶煤的热解提油。在加热燃气低热值为17 890 kJ/m3,热解温度为650℃时,原料煤的热解焦油产率达到8.52%,为葛金焦油产率的75.59%。随热解温度的增加,焦油中脂肪族和芳香族含量有所提高,而极性化合物含量有所降低。在热解温度650℃时,脂肪族和芳香族含量分别为22.6%和39.5%,极性物含量为32.7%。

神华长焰煤大分子结构特征的研究

利用ASE 350型超声快速溶剂抽提仪,在高温高压下对神华长焰煤(SH)进行二硫化碳/N-甲基吡咯烷酮(CS2/NMP)混合溶剂抽提,抽提率约为25%(质量分数)。将得到的抽提残渣(SHC)进行钌离子催化氧化(RICO)降解反应,并对产物进行了离子色谱(IC)检测和以四甲基氢氧化铵(TMAH,25%甲醇溶液)为衍生化试剂的热辅助-在线甲酯化后的气质联用仪(GC-MS)检测分析。结果表明,神华长焰煤大分子结构中含有C2～28烷基侧链,C2～22的连接芳环的烷基桥链,有相对较多的醚键链接的芳环结构存在,芳环缩合程度相对较低(主要以含有2～4个苯环的共轭结构为主),有较多的醚键链接的芳环结构及羟基(-OH)、羰基(=C=O)和甲氧基(-OCH3)等形式含氧基团以及含硫和氮等杂原子化合物的存在。

潮水盆地红沙岗地区低煤阶煤层气勘探前景

潮水盆地位于河西走廊东段北侧,地跨甘肃、内蒙古两省区,蕴藏一定的煤炭和油气资源,红沙岗地区是其中重要的煤炭富集区,煤炭资源量约12×108t。为弄清楚该区的煤层气勘探前景,详细研究了其煤层气地质条件。结果认为:该区煤层以低煤阶长焰煤为主,厚3～35m,分布稳定,顶部煤层直接盖层为油页岩,煤层气保存条件较好,具有一定的煤层气勘探潜力;但部分地区煤层含气量低,关键原因在于煤层缺少后期生物气的补充。进而指出了该区煤层气勘探的方向:古地温异常、煤阶较高、保存条件较好的地区是该区的煤层气富集区;其中红沙岗北部具有缺氧、低矿化度和低温环境,大量微生物细菌可能存活,并代谢甲烷、正烷烃和其他有机物,煤层的含气量能得到补充,具有较大的勘探价值。

热解条件对气化水焦浆用半焦性质的影响

选用双鸭山东荣长焰煤为样品,利用马弗炉进行了中低温热解试验,考察了热解温度、升温速度和保温时间等对半焦的产率、组成和发热量的影响,并以水焦浆气化对原料的要求为导向,研究热解温度对半焦气化反应活性和可磨性的影响。研究结果表明在热解工艺条件中,热解温度对半焦的产率、组成和发热量的影响最大,随着热解温度的提高,热解半焦产率和气化反应活性均降低,半焦灰分升高。热解温度在400～700℃下所制半焦的内在水分、发热量和可磨性均满足水焦浆气化的基本要求,且当热解温度在400～450℃时,所得半焦的哈氏可磨度更高,预测的成浆性也更好,综合分析可确定,热解温度控制在400～450℃之间制备的长焰煤半焦适用于水焦浆气化。

蔚州长焰煤低温热解实验研究

反应温度、时间是影响低阶煤低温热解半焦特性的2个关键因素,由于不同煤种低温热解的化学反应不同,2者对不同煤种热解半焦特性的影响规律不同。对蔚州长焰煤进行了低温热解实验,研究了反应温度及反应时间对热解半焦性质的影响规律。结果表明,反应温度及反应时间对C、H、O、S元素的富集以及半焦的回吸特性、发热量有着不同的影响方式,热解温度为550℃、反应时间为10~20 min时,热解所得半焦满足高炉喷吹半焦S-2、V-3等级指标。