煤微观孔隙结构与自燃特性的相关性研究

发布时间：2017-05-13 04:12

  本文关键词：煤微观孔隙结构与自燃特性的相关性研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：我国是产煤、用煤大国，同时也是煤自燃灾害频发国家，煤自燃导致大量资源浪费、环境污染并且威胁矿井安全生产。由于影响煤自燃因素众多且煤自燃是复杂的动态过程，人们至今还不能够完全阐明煤自燃的机理。为了了解不同变质程度煤自燃特性与其内部孔隙结构特征的关系，本文以六种不同变质程度煤为研究对象，采用实验研究与理论分析的方法，对不同变质程度煤微观孔隙结构与宏观自燃特性进行相关性研究，有助于深入了解煤炭自燃的过程。 利用同步辐射X射线相衬显微CT实验和低温氮气吸附实验对不同煤级煤内部孔隙参数进行测定，对两实验数据汇总得到各孔隙参数随变质程度的变化规律。煤体内部孔隙形态多样且不规则，孔隙结构空间上以雪花片状连接成网，内部镂空，变质程度不同煤孔隙连通度差异明显；孔隙总体积随变质程度呈高-低-高凹形曲线变化，中等烟煤处为最低值，褐煤体积最大，大、中孔体积占低变质程度煤的主要部分，中等变质程度煤各孔径段体积分布相对均匀，而在高煤级阶段，微孔贡献量最大；煤在低-中变质阶段比表面积变化不大，中-高变质阶段比表面积快速增大，各煤种微孔、小孔比表面积占到总表面积的99%以上；平均孔径与煤级呈幂函数相关，随煤级升高平均孔径变小。对煤中孔隙结构进行分阶段分形研究得到，煤中孔隙(5.8nm)具有明显的分形特征，按不同阶段孔隙体积百分比，得出基于同步显微CT实验和低温氮气吸附实验的煤孔隙综合分形维数D与煤变质程度呈高-低-高凹形曲线变化趋势。 通过动态色谱吸氧实验与煤自燃相似模拟实验，研究了不同变质程度煤自燃特性。煤级与吸氧量呈凹形曲线相关，SHXMSDXSPSZZ。低温氧化过程中随着煤温增高氧气浓度整体呈下降趋势，低变质程度煤氧气快速下降拐点温度低于高变质程度煤，各煤样耗氧速率随温度增加呈指数关系增大，在相同温度下，低变质程度煤耗氧速率大于高变质程度煤；交叉点温度随变质程度增高呈线性增大趋势；煤自燃氧化动力学综合指数与变质程度同样呈正向线性相关；综合上述参数得，煤化程度越低，煤自燃氧化能力越强。 对不同煤化程度煤孔隙结构特征与自燃特性进行相关性研究得，孔隙结构对煤吸附氧气能力起决定作用。综合分形维数与吸氧量呈正向相关，并且在低-中煤化阶段，孔隙体积对吸氧量起主导作用，，吸氧量随孔隙体积增大而增大，在中-高煤化阶段，比表面积对吸氧量起主导作用，孔隙比表面积越大煤体吸氧量越大。煤孔隙结构对煤氧化能力有一定影响，呈现出关系相反的两阶段性，在低-中煤化阶段，氧化动力学综合判定指数随孔隙体积、分形维数增大而减小，氧化能力变强，易于自燃；在中-高煤化阶段，与低-中煤化阶段相反，随着各孔隙结构参数增大，煤氧化能力减弱，自燃倾向性降低。
【关键词】：煤自燃 变质程度 孔隙结构 自燃特性 相关性研究
【学位授予单位】：太原理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TQ531
【目录】：

• 摘要3-6
• ABSTRACT6-9
• 目录9-12
• 第一章 绪论12-24
• 1.1 选题背景及意义12-13
• 1.2 国内外研究现状13-22
• 1.2.1 煤自燃发火机理13-15
• 1.2.2 煤孔隙结构特征研究15-20
• 1.2.3 煤吸附氧研究现状20-22
• 1.3 研究内容及技术路线22-24
• 1.3.1 主要研究内容22-23
• 1.3.2 技术路线23-24
• 第二章 实验装置及测试方法24-34
• 2.1 煤样采集24
• 2.2 煤样工业分析及元素分析24-25
• 2.3 同步辐射射 X 射线相衬显微 CT 实验25-27
• 2.3.1 实验原理25-26
• 2.3.2 实验装置与样品制备26-27
• 2.4 低温氮气吸附实验27-30
• 2.4.1 实验原理27-29
• 2.4.2 实验装置与样品制备29-30
• 2.5 动态气相色谱吸氧实验30-31
• 2.5.1 实验原理30
• 2.5.2 实验设备及样品置备30-31
• 2.6 煤自燃相似模拟实验31-34
• 2.6.1 实验原理31
• 2.6.2 实验设备及样品置备31-34
• 第三章 煤孔隙结构特征实验及分析34-60
• 3.1 同步辐射 X 射线相衬显微 CT 实验34-39
• 3.1.1 实验过程34
• 3.1.2 实验结果及分析34-39
• 3.2 低温氮气吸附实验39-44
• 3.2.1 实验过程39
• 3.2.2 实验结果及分析39-44
• 3.3 煤孔隙分形特征44-51
• 3.3.1 基于 CT 实验孔隙分形特征描述44-48
• 3.3.2 基于氮气吸附法孔隙分形特征描述48-51
• 3.4 煤孔隙结构特征参数汇总及分析51-57
• 3.4.1 孔隙体积随变质程度的变化规律51-53
• 3.4.2 孔隙比表面积随变质程度的变化规律53-55
• 3.4.3 孔隙平均孔径随变质程度的变化规律55-56
• 3.4.4 孔隙分形维数随变质程度的变化规律56-57
• 3.5 小结57-60
• 第四章 煤自燃特性分析60-70
• 4.1 动态色谱吸氧实验60-63
• 4.1.1 实验过程60-61
• 4.1.2 实验结果及分析61-63
• 4.2 煤自燃相似模拟实验63-68
• 4.2.1 实验过程63-64
• 4.2.2 实验结果及分析64-68
• 4.3 小结68-70
• 第五章 煤孔隙结构与煤自燃特性相关性研究70-80
• 5.1 孔隙结构特征与吸氧量相关性分析70-74
• 5.1.1 煤体孔隙体积与吸氧量之间的关联性分析70-72
• 5.1.2 煤孔隙比表面积与吸氧量之间的关联性分析72
• 5.1.3 煤孔隙平均孔径与吸氧量之间的关联性分析72-73
• 5.1.4 煤孔隙分形维数与吸氧量之间的关联性分析73-74
• 5.2 孔隙结构特征与煤自燃氧化动力学综合判定指数相关性分析74-78
• 5.2.1 煤孔隙体积与自燃综合判定指数之间的相关性分析75-76
• 5.2.2 煤孔隙比表面积与自燃综合判定指数之间的相关性分析76
• 5.2.3 煤孔隙平均孔径与自燃综合判定指数之间的相关性分析76-77
• 5.2.4 煤孔隙分形维数与自燃综合判定指数之间的相关性分析77-78
• 5.3 小结78-80
• 第六章 结论与展望80-84
• 6.1 主要结论80-81
• 6.2 不足与展望81-84
• 参考文献84-90
• 致谢90-92
• 攻读硕士学位期间主要科研成果92

【参考文献】

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本文编号：361550