烟煤自燃特性参数差异性实验研究

烟煤自燃程度低,伴随变质程度的变化,其自燃特性参数也发生着本质的变化,为了研究其变质程度对特性参数的影响关系,选取了4种变质程度烟煤,采用程序升温实验系统,对自燃过程中特性参数进行分析,并计算表观活化能;通过实验研究,得出变质程度低、粒度小的煤样表观活化能强,表现出来的自燃特性参数更易于自燃的发生和发展,因此,研究对揭示烟煤自燃提供了理论基础,更好地分析了变质程度对自燃特性参数的关系。

不同变质程度烟煤的自燃极限参数对比分析

为了掌握不同变质程度烟煤的自燃极限变化规律及特征,通过煤自燃程序升温试验,首先得到了3个不同变质程度烟煤的O2、CO、CO2随煤温的变化规律,据此计算出煤的耗氧速率和放热强度,然后研究得出了煤自燃极限参数(最小浮煤厚度、上限漏风强度和下限氧气浓度)的变化规律。研究结果表明:与变质程度较高煤样相比,相同条件情况下,煤自燃低温阶段低变质程度煤样的耗氧速率、放热强度和上限漏风强度较高,最小浮煤厚度和下限氧气浓度较小;变质程度接近的煤样,极限参数及其临界点均较接近。研究结果可预测预报煤自燃和固定煤自燃危险区域。

指标气体与温度耦合的烟煤自燃预测模型研究

我国烟煤产量在煤炭总产量中的比例很大,以烟煤自然发火预测预报为研究对象,采集多家典型烟煤生产矿山煤样,通过烟煤程序升温氧化实验,分析实验结果提出CO2/CO浓度比值为自燃过程判定标准。研究认为:CO2/CO浓度比值大于40时,烟煤温度小于70℃;温度大于160℃时,逐渐趋近于常数3;CO2/CO浓度比值为340时,烟煤温度为70160℃。根据实验结果,优化选择指数函数构建低温条件下烟煤自燃预测模型,给出了预测模型的统一形式和不同煤样自燃预测模型系数与截距,认为烟煤预测模型的系数与截距有较大的离散性,具体值应根据煤样性质、实验条件等因素确定。经实验监测数据验证,该模型具有良好的有效性和实用性。

采用绝热式自燃测试方法分析煤的自燃倾向

对煤的自燃倾向进行快速有效鉴别，有助于对煤的自燃倾向采取分级分类管理从而有效防治煤矿火灾，因而采用绝热式自燃测试方法对煤的自燃倾向进行准确分析很有必要。简要介绍绝热式自燃测试方法的测试原理及其仪器结构，模拟煤炭自燃的物理过程，通过采用包括反应器、气体预热铜管和跟踪温度控制方式等综合绝热措施以实现300 g煤样的自然发火实验，记录煤样从40 ℃上升到70 ℃的升温速率(或前30 h的升温速率)，测试煤样的自燃特性曲线并分析曲线特征。即建立煤绝热氧化产热速率计算模型，结合实验数据计算所得的煤在绝热氧化条件下的升温速率和产热速率可鉴定煤自燃倾向性的强弱。采用绝热式自燃测试方法对不同煤的自燃倾向分析后表明，无烟煤和部分烟煤的自燃倾向较低，褐煤的自燃倾向较高，故而在煤矿开采时需特别注意褐煤的自燃倾向。

基于活化能指标研究不同变质程度烟煤的自燃倾向性

为了研究以活化能指标判定不同煤的自燃倾向性,选取了4种不同变质程度烟煤煤样,通过煤自燃性升温实验,并结合公式计算得出不同温度时刻煤样氧化的耗氧速率;运用化学反应动力学原理计算出煤样的表观活化能。研究结果表明:以表观活化能表征煤自燃倾向性,在其他条件相同的情况下,若不同变质程度煤样的指前因子变化不大,则变质程度越高,煤表观活化能越大,煤越不易自燃;若不同变质程度煤样的指前因子变化较大,则需要综合考虑指前因子和表观活化能来判断煤自燃倾向性。煤的指前因子越大且表观活化能越小,表征煤越易自燃;反之,煤的指前因子越小且表观活化能越大,表征煤越不易自燃。

陕北低阶烟煤显微组分结构特征及分子结构模型

为了更好地利用我国丰富的低阶煤资源,以变质程度较低的陕北低阶烟煤镜质组、惰质组富集物作为研究对象,采用常规的煤质分析、傅立叶变换红外光谱、高分辨固体13C核磁共振、X射线衍射等分析表征手段,对样品结构进行全面分析,得到了陕北低阶烟煤显微组分分子结构特征及结构参数,建立了镜质组和惰质组的部分分子结构模型。结果表明,陕北低阶烟煤镜质组和惰质组氧含量均较高,硫含量很低,所选镜质组的芳碳率为0.634,平均缩合环数约为2.98个;惰质组的芳碳率为0.734,平均缩合环数约为3.15个;相对于镜质组,惰质组的缩合程度更高,芳核尺寸更大,排列也更加规则有序。今后低阶烟煤加工转化工艺的研究应从分子层面揭示其不同显微组分结构特征的差异性,为低阶烟煤清洁高效利用新工艺的开发奠定基础。

基于HRTEM的低阶烟煤微晶结构研究

为充分认识煤的微观结构,主要针对神府矿区张家峁煤的微晶结构进行研究。利用HRTEM对煤进行分析获得微晶的晶格条纹,利用基于FFT-IFFT的图像分析方法对晶格条纹进行解析,计算得到煤中微晶的长度及其分布,并与芳核结构参数进行关联。根据煤的微晶长度和芳香度,对煤的平均分子量及其分子量分布进行计算。研究结果表明,神府张家峁煤的微晶长度主要分布在0.25~1.00 nm,对应的多核芳环数在2~4。该煤的平均分子式为C24.63H16.68O4.55,其平均分子量为385.04,分子量主要分布在100~1 400。

烟煤升温氧化的影响因素及其低温热解动力学

为探讨烟煤升温氧化反应特性及其影响因素,利用热重法研究了不同含水率及不同粒度烟煤在10℃/min加热速率下的热失重过程,并应用Coats-Redfern积分法进行低温热解动力学分析。结果表明,水分蒸发和气体解吸附、增重与结构氧化分别主导其2步氧化机制。第1阶段温度阈值随含水率的增加先减少后增加,且含水率为9.16%的煤样S3温度阈值最小,含水率在第1阶段反应过程中影响显著;第1阶段温度阈值及自燃阈值随粒度增大而升高。选用一级反应模型和二级反应模型分别用于计算2个反应段的表观活化能,所得相关系数R2>0.98,活化能与频率因子之间存在动力学补偿效应,且发现煤样S3及粒度最小的煤样L5(19.21μm)较同组其它煤样相比,需要较少的活化能以克服反应壁垒,表明其具有较高的自燃危险性。

鄂庄烟煤地下气化反应区分布与工艺参数的关联特性

煤炭地下气化反应区分布受进口工艺参数的影响,同时也决定了出口煤气的有效组分和热值。通过鄂庄烟煤富氧地下气化模型试验,获得了6种不同氧气体积分数下反应区温度场和煤气组分,从而研究了氧化区、还原区和干馏干燥区分布状态及其与进出口工艺参数的关联特性。结果表明,在模型试验条件下合理的3区温度范围为:氧化区(>1 200℃)、还原区(600~1 200℃)、干馏干燥区(200~600℃);在气化过程中,3区面积分布依次为:氧化区

东胜烟煤的大分子结构表征与模型构建

对东胜烟煤进行元素分析、红外光谱分析、X射线衍射光谱分析、13 C固体核磁分析以获得煤大分子的元素组成、碳氢比、芳环缩合程度以及分子量大小等信息,通过进一步计算和合理推测以预测东胜烟煤的大分子结构模型。研究发现:煤表面有机氧主要以C—O、C—O和COO—三种形态存在,且C—O相对含量最高;有机氮以吡啶氮(N—6)为主。东胜烟煤中,脂肪碳主要以末端—CH3、亚甲基为主;芳碳以质子芳碳和桥碳为主。杂原子普遍存在于芳稠环、侧链与桥键中。煤大分子结构的规则部分为5个环左右的缩合芳环,不规则部分包括脂肪侧链、桥键和各类官能团,数目在3～4个左右。通过进一步计算和合理推断,得到了东胜烟煤可能的大分子结构模型,为其今后的清洁转化和合理工艺路径的设计提供依据。

不同变质程度煤二次氧化自燃的微观特性试验

为探讨煤二次氧化特性,采用煤质分析、FTIR傅里叶红外光谱分析和程序升温实验分别对榆树井褐煤、黄陵烟煤和汝萁沟无烟煤的原始煤样及其氧化后（二次氧化）煤样进行微观自燃特性对比研究。结果表明:二次氧化煤样中C含量减小,O含量增大,水分减少;而比表面积与孔隙率增大,导致与氧发生反应的面积增大,致使氧化反应前期二次氧化过程中产生的CO浓度大于一次氧化。随着温度的升高,氧化反应后期煤分子中羟基、脂肪烃等活性官能团数量随之变化并大量消耗和再生,裂解产生C2H4气体,导致二次氧化过程中产生的CO浓度和C2H4浓度小于一次氧化。此外,二次氧化煤样特征温度点均提前于原始煤样,使得发生自燃的时间提前,说明二次氧化煤样氧化性强于原始煤样,更容易自然发火。

神木烟煤和神木兰炭结构特性研究

为了解神木烟煤和神木兰炭的结构特征,采用BET、傅里叶变换红外光谱FT-IR和X射线衍射XRD仪器分析方法对神木烟煤及神木兰炭结构特性进行对比分析,测定烟煤和兰炭的比表面积、脂肪氢和芳香氢的相对含量、微晶结构,并计算结构参数。结果表明,神木烟煤比表面积为7.011m2/g,兰炭比表面积为14.615 m2/g,是神木烟煤的2倍以上。兰炭的脂肪氢及芳香氢相对含量比神木烟煤低。兰炭的芳香环层片直径(La)为4.3792 nm,芳香层片堆砌高度(Lc)为18.1477 nm,芳香层片堆砌层数(N)为54.64;神木烟煤的芳香环层片直径(La)为3.6382 nm,芳香层片堆砌高度(Lc)为2.072

煤化学结构模型研究进展及应用

为了解煤结构与反应性之间的关系,论述了褐煤、次烟煤、烟煤、无烟煤的典型化学结构模型,分析了煤的化学结构模型在煤热解、煤气化、煤液化、煤自燃及煤的溶剂溶胀性中的应用。煤的化学结构模型有助于在分子水平上研究煤反应过程中的反应路径和反应机理。煤结构模拟的方法能够有效捕获煤热解过程中化学键的生成和断裂行为,解释煤气化反应机理,有效检测或捕获煤液化时生成的不稳定自由基,从微观方面分析影响煤自燃的因素,达到预防煤炭自燃的目的。

无烟煤与烟煤配煤对水煤浆性能的影响

选取1种无烟煤和3种烟煤,进行单煤制浆和不同掺混比例下的配煤制浆实验,对煤的成浆性和稳定性进行分析。结果表明:相同条件下制浆,无烟煤的成浆性优于烟煤,而烟煤的稳定性优于无烟煤;无烟煤的加入可以提高烟煤的成浆性能,烟煤的加入可以提高无烟煤水煤浆的稳定性;无烟煤与烟煤混合制浆的成浆性呈现非线性关系。

褐煤变质为烟煤过程的影响因素分析

阐述了褐煤向烟煤变质过程中的影响因素,特别是对变质条件进行了详细分析,得出如下结论:温度、压力和时间作为外部的物理化学条件在褐煤变质为烟煤的过程中起着关键性作用,其中温度是最重要的条件;放射性活动以及同沉积构造也在特定的情况下对变质过程有所影响;此外,作为内部因素,成煤原始植物的差异对褐煤变质为烟煤的影响也是不可忽视的。

弱还原性烟煤氧吸附及其动力学研究

为掌握弱还原性烟煤在自然环境中的低温氧化规律,预防高温深井煤炭自燃,采用自制的固定床反应器对哈密煤样(HM)和灵武煤样(LW)进行不同载气流量的氧吸附试验,并对其动力学参数进行了拟合计算。研究结果表明,与载气中氧体积分数为25%相比,氧体积分数为15%时,LW和HM煤样氧吸附量明显增大,当温度达到160℃,2种煤样固定床出口氧体积分数分别为7.71%和6.41%。对于HM煤样,随着温度逐渐升高至100℃,煤样中氧吸附量逐渐增大,但此时载气中氧体积分数对煤样中氧含量变化影响较小。与原煤相比,脱灰煤样以及干燥温度较高的煤样比表面积较大,由于HM煤样比表面积大于LW煤样,吸附氧的活性位大于LW煤样,进而导致HM煤样在固定床出口处氧体积分数小于LW煤样。此外,当载气流量降低时,煤样中氧吸附量较大。HM和HM-D脱灰煤样在载气流量为40 m L/min时活化能最小,此时自燃倾向性最大;当载气流量为80 m L/min时,LW和LW-D脱灰煤样活化能最小,且LW-D煤样活化能大于LW煤样。

开滦矿区低级烟煤大分子结构演化特征及CO成因

针对开滦矿区CO超标现象,进行了煤分子结构演化特征及CO成因研究。通过对22个煤样的工业指标、元素组成、镜质组最大反射率(Rmax)、红外光谱和扫描电镜分析,结果发现:煤样的H/C先随Rmax增加,在Rmax达到0.8%后又迅速减少;煤样中富含C=O、C–O、–O–等含氧基团,通过对芳碳率(fa)、环缩合度指数(2(R-1)/C)与Rmax的关联,发现随着Rmax的增加,fa先增加后减少,2(R–1)/C先减少后增加,拐点均在Rmax为0.8%处;煤样孔隙结构为粒间孔。研究认为,开滦矿区煤层赋存CO的成因是,变质作用过程中(Rmax为0.8%时),煤分子侧链因构造应力作用断裂、脱落产生大量自由基,进而结合生成CO,并赋存在煤层中保留下来。

烟煤镜质组平均最大反射率与煤种之间的关系

运用制定《中国煤炭分类》国家标准所依据的近600个烟煤煤层煤样实测数据,分析了中国不同煤种烟煤镜质组平均最大反射率的分布范围,探讨了烟煤镜质组平均最大反射率与中国煤分类系统之间的关系.研究表明:镜质组反射率与煤种之间的关系较复杂,特别是在中低变质烟煤阶段,相同变质程度煤往往归属于不同煤种,受煤岩组成和还原程度的影响较大.但总的来说,烟煤镜质组反射率与煤种之间的关系规律性明显.

烟煤黏结指数测定结果的影响因素分析

烟煤黏结指数测定方法是以标准无烟煤和实验煤样品为实验对象,进行合理混合配比后,用加热的方法进行处理得出焦块。在此基础上,对焦块实行强度检验和耐磨强度检验,并得出抗破坏力的大小,以此去衡量其黏结能力。