煤自燃過程H2生成規(guī)律及與其它指標(biāo)氣體關(guān)聯(lián)性研究.pdf

1、煤自燃是煤礦開采和煤炭儲存關(guān)注的重點問題之一，不僅制約我國煤炭的安全生產(chǎn)及煤炭工業(yè)的發(fā)展，而且影響我國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。煤自燃早期預(yù)測預(yù)報對煤自燃及礦井火災(zāi)防治具有重要指導(dǎo)意義，經(jīng)過長期的實驗研究和現(xiàn)場測試，各產(chǎn)煤國家廣泛應(yīng)用“指標(biāo)氣體”來預(yù)測煤自燃。煤自燃是因煤的低溫氧化引起，研究煤低溫氧化過程中指標(biāo)氣體的生成規(guī)律及相關(guān)性對煤自燃預(yù)測預(yù)報工作具有重要的理論意義和應(yīng)用價值。
　　雖然煤中氫含量質(zhì)量百分比小，但其原子百分?jǐn)?shù)與碳原子卻在同一

2、個數(shù)量級上，而碳?xì)滏I又是復(fù)雜煤分子結(jié)構(gòu)中的主要構(gòu)鍵，該主要構(gòu)鍵在煤低溫氧化過程中極易受到氧的攻擊而斷裂。近年來，美國、澳大利亞等國家已有學(xué)者提出需將H2作為指標(biāo)氣體來預(yù)報煤自燃發(fā)火狀態(tài)。本文借鑒國外對煤低溫氧化釋放量小但可感知的氣體規(guī)律的研究方法，在限定空間內(nèi)研究煤低溫氧化過程中除常規(guī)氧化產(chǎn)物（例如:CO、CO2及烴類氣體）以外的H2d的釋放規(guī)律及H2與其他指標(biāo)氣體的相關(guān)性加以研究。
　　本文選取錫盟褐煤、神東長焰煤以及棗莊焦煤這

3、三種變質(zhì)程度不同的煤為研究對象，利用恒溫裝置系統(tǒng)及氣相色譜儀，在限定空間內(nèi)進(jìn)行煤的低溫氧化實驗。研究不同變質(zhì)程度的煤氧化產(chǎn)生的H2隨氧化溫度的變化規(guī)律。同時分析溫度歷程、煤樣質(zhì)量、煤樣粒徑、反應(yīng)器容積等因素對H2釋放量的影響;另外，還深入研究了H2與其他氣相產(chǎn)物（主要是CO、CO2和CH4）的關(guān)聯(lián)性。主要得到以下結(jié)論:
　　(1)同一煤種在限定空間恒溫下低溫氧化，H2生成量隨氧化時間呈線性變化。程序升溫與恒溫實驗方法下，煤氧化釋放

4、的H2隨煤溫均呈良好的指數(shù)規(guī)律，符合預(yù)測煤自燃發(fā)火指標(biāo)氣體的選取原則。
　　(2)不同變質(zhì)程度的煤種在低溫氧化過程中，H2濃度隨煤樣溫度呈指數(shù)變化趨勢，其指數(shù)形式為CH2=AebT;其中，煤的變質(zhì)程度越低，b值越大;煤中氫元素含量越高，A值越大。煤低溫氧化過程中，H2的釋放量很大程度上取決于煤的變質(zhì)程度。
　　(3)煤低溫氧化過程中，H2的釋放量隨溫度的變化趨勢不受溫度歷程的影響，但恒溫氧化一定時間可檢測到H2的溫度早于程序

5、升溫;H2釋放量隨煤樣粒徑的減小而增大，但達(dá)到最優(yōu)粒徑之后，其釋放量反而隨煤樣粒徑的進(jìn)一步減小而減小。煤樣質(zhì)量明顯促進(jìn)H2的釋放。
　　(4)程序升溫實驗方法下，H2與O2的比值隨氧化溫度呈指數(shù)變化;H2與CH4的比值隨氧化溫度呈開口向下的拋物狀變化，變質(zhì)程度越高，達(dá)到極大值的溫度越低;限定空間內(nèi)恒溫氧化過程中，H2與O2的比值隨氧化時間呈指數(shù)形式的規(guī)律變化。
　　(5)利用多元線性擬合模型，擬合某恒定溫度下H2與O2、CO