采动卸荷煤体氧化自燃特性实验研究

发布时间：2020-10-02 06:40

　　随着我国浅部煤炭资源的枯竭,向深部开采已成为必然趋势。深部同一深度不同应力相对集中区以及不同深度煤层,煤体赋存的应力状态差异显著,均积蓄了大量的弹性变形势能,采动过程中受加卸荷或反复加卸荷作用的影响,煤体蓄存的弹性势能得以释放,煤体孔裂隙将发育、发展、变形与贯通,加之深部矿井工作面采动裂隙漏风、采空区漏风的影响,煤的吸氧特性和蓄热环境将发生显著变化,从而增大煤体发生自燃的危险性。为研究深部采动卸荷煤体的氧化特性规律,对不同初始载荷、反复加卸荷以及不同漏风条件下卸荷煤体氧化自燃特性与微观活性结构之间的关系进行分析,同时对不同条件下卸荷煤体微观孔裂隙结构进行实验研究,揭示深部采动卸荷煤体的氧化自燃特性与微观孔裂隙变化之间的内在联系,其成果对深部开采煤层煤自燃的防治具有重要的实践意义。采用程序升温氧化和FTIR红外实验,研究了深部采动卸荷煤体氧化过程中气体产物和微观活性基团随初始载荷、漏风量、反复加卸荷作用的变化规律,得出王台矿原煤的氧化自燃难易程度随初始载荷、漏风量的增大先增强后减弱,建立煤体氧化难易程度与煤层赋存应力环境和煤体强度之间的关系式,即:,0 sts(28)ks指出煤体初期氧化难易程度与赋存应力、煤体强度之间存在着临界阀值;0k≤1.136时,随着埋深的增大,地应力增高,采动后的煤层氧化难易程度不断升高,k1.136时,地应力达到一定程度后,煤样随地应力的增高,采动后的煤层氧化难易程度又降低;确定了促使煤体最容易氧化的最佳初始应力P=25Mpa和当量流量Q=150m L/min;在上述最优条件下,煤体氧化自燃危险性随反复加卸荷作用逐渐增强,相邻工况煤样氧化特性参数增幅逐渐减小。不同应力条件的加卸荷作用改变了煤样与氧气的接触能力,间接影响煤样氧化进程,随氧化进程深入,煤中羟基含量逐渐较少,芳香核缩聚力度增强,脂肪烃受氧攻击,侧链断裂产生大量酸、酯、醚,脂肪烃含量逐渐较少,含氧官能团先减少后增多。利用原子力显微镜、压汞和低温液氮吸附实验研究了不同应力条件下煤样的孔容、各孔径孔容占比以及比表面等微观孔裂隙结构特征,并对比分析了煤体氧化特性与微观孔裂隙的内在关系,得出初始载荷使煤体的孔容积、孔径增大,微孔和小孔是O2与煤基质氧化反应区域的主要贡献者;反复加卸荷作用过程中存在微孔和小孔增加,中孔和较大孔塌陷或裂变成裂隙现象,存在最佳的加卸荷作用次数(≥3次)和最佳BJH比表面积(≥27.002m2/g)使得煤体发生氧化自燃的能力最强。
【学位单位】：河南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TD752.2
【部分图文】：

采动卸荷煤体氧化自燃特性实验研究

加卸荷模块

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部分实验仪器与设备Fig.2-4Partsofexperimentalinstrumentsandequipments

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TENSOR-37主要组成部分

【参考文献】