煤初次氧化程度对复燃特性参数的影响

发布时间：2020-11-14 19:18

　　 在煤矿的开采与利用过程中,煤体一旦与氧气接触即会发生不同程度的初次氧化。在采空区遗煤复采、启封火区时煤体与氧气接触会发生二次氧化,并且煤二次氧化的自燃特性受初次氧化程度的影响较大。本文以不同终止温度作为煤初次氧化程度的主要影响因素之一,通过理论分析和实验测试,从煤二次氧化过程中的特征温度、氧化动力学、热效应和微观结构等方面分析了不同初次氧化程度对煤二次氧化自燃特性的影响。利用同步热分析仪分析了初次氧化终止温度分别为75℃、115℃、155℃和195℃时,煤二次氧化过程中的质量和热量变化特性,得出初次氧化作用会使煤二次氧化过程中的干裂温度T2和着火点温度T6有所降低,燃尽温度T8略微升高,但是对临界温度T1、受热分解温度T5和最大失重速率温度T7的影响不大。根据TG实验数据,采用多升温速率法计算了各煤样在水分挥发及脱附和吸氧增重这两个阶段的活化能,其中,155℃氧化煤较其他煤样相比,在这两个阶段的活化能最低,即促使煤氧复合反应发生的初始能量最低。通过对不同温度氧化煤二次氧化过程中的DSC及其积分曲线进行分析,得出煤二次氧化过程中的热效应分为两个阶段,第一阶段是煤体中水分的挥发以及赋存物质的脱附,以向外界吸热为主;第二阶段是煤体吸氧增重并随着温度升高进行分解,在达到着火点温度后发生剧烈的氧化反应,以向外界放热为主。初次氧化作用会降低煤二次氧化过程中的总吸热量,增加总放热量,较其他煤样相比,155℃氧化煤在二次氧化过程中,总吸热量最小,总放热量最大,从热量的角度而言,该煤样的放热效应更强。通过傅里叶原位红外光谱实验,并结合TG-DSC实验数据,分析了不同温度氧化煤二次氧化过程中各特征阶段的官能团变化特性及迁移规律,得出155℃氧化煤在二次氧化过程中的各特征官能团相比其他煤样反应更加剧烈,官能团含量变化更大。在反应前期,该煤样与氧气反应更加充分,吸附氧气量更大,进入受热分解阶段煤氧复合反应加快,并率先达到着火点温度,煤体发生剧烈的氧化燃烧反应并放出大量热量,煤二次氧化的自燃危险性更高。研究结果为我国近距离煤层群、厚煤层分层开采及复采工作面煤自燃准确预测及针对性防治提供了理论依据和指导。
【学位单位】：西安科技大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TD752.2
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
1 绪论
    1.1 研究背景及意义
        1.1.1 研究背景
        1.1.2 研究目的及意义
    1.2 国内外研究现状
        1.2.1 氧化煤的自燃性增强效应
        1.2.2 煤初次氧化程度对复燃氧化动力学参数的影响
        1.2.3 煤初次氧化程度对复燃过程中微观结构的影响
        1.2.4 煤分子微观结构对自燃特性的相互影响规律研究
    1.3 研究内容和技术路线
        1.3.1 研究内容
        1.3.2 技术路线
2 煤二次氧化动力学特征参数研究
    2.1 煤样制备方法及过程
        2.1.1 煤样制备方法
        2.1.2 煤样制备过程
    2.2 热重实验
        2.2.1 实验目的
        2.2.2 实验原理
        2.2.3 实验装置及过程
    2.3 煤二次氧化特征温度及特征阶段分析
        2.3.1 TG和 DTG曲线
        2.3.2 特征温度
        2.3.3 特征阶段
    2.4 煤二次氧化动力学特征参数分析
        2.4.1 二次氧化动力学基础理论
        2.4.2 二次氧化动力学参数计算方法
        2.4.3 二次氧化动力学参数计算过程
    2.5 本章小结
3 煤二次氧化热效应特征参数研究
    3.1 DSC曲线分析
    3.2 煤二次氧化热效应特征参数分析
        3.2.1 热平衡温度
        3.2.2 吸热量最大温度和放热量最大温度
        3.2.3 总吸热量和总放热量
    3.3 本章小结
4 煤二次氧化过程中官能团的变化特性研究
    4.1傅里叶原位红外光谱实验
        4.1.1 实验目的
        4.1.2 实验原理
        4.1.3 实验装置和过程
    4.2 煤二次氧化官能团变化三维图形分析
    4.3 不同特征温度下煤样二次氧化分子官能团特性
    4.4 煤二次氧化分子官能团迁移规律分析
        4.4.1 羟基（-OH）迁移转化特性
        4.4.2 烃类迁移转化特性
        4.4.3 芳烃（Ar-CH）迁移转化特性
        4.4.4 含氧官能团迁移转化特性
    4.5 本章小结
5 结论与展望
    5.1 结论
    5.2 展望
致谢
参考文献
附录

【参考文献】

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本文编号：2883865