煤自燃过程中孔隙演化机制及其对多元气体吸附特性的影响

发布时间：2021-06-09 23:57

　　高瓦斯易自燃煤层深部开采过程中,瓦斯与煤自燃复合灾害已经成为制约矿井安全高效生产的重要因素。复合灾害的形成过程极为复杂且表现形式纷杂多样,严重制约了研究的深度及广度,导致对其系统性的研究较为匮乏。而煤体孔隙的结构及数量决定了CH₄、O₂和N₂等多元混合气体的物理吸附能力,是连接瓦斯灾害和煤自燃灾害的重要纽带。因此,本文针对有关煤自燃过程中孔隙演化规律及其影响因素以及孔隙演化对CH₄、O₂和N₂等多元气体吸附特性的影响展开研究。通过理论分析、物理实验及现场调研等研究方法,开展煤自燃过程中孔隙演变规律研究,揭示部分状况下瓦斯与煤自燃复合灾害的致灾机理,为科学地制定切实可行的复合灾害防治措施提供理论依据。获得以下主要结论:煤自燃过程中不同尺度孔隙演化的基本规律为:前中期阶段（30¹10℃）,氧化温度较低,煤氧复合反应主要集中在煤体表面且速率较低,导致此阶段不同尺度孔隙数量的增长较为缓慢且以微孔与中孔为主;中后期阶段（110²

【文章来源】：中国矿业大学江苏省 211工程院校 教育部直属院校

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煤自燃自由基循环反应示意图

1绪论9化至不同氧化温度后，其二次氧化初期对O2、CH4及N2等多元混合气体竞争吸附特性的演变规律，并结合孔隙演化规律，揭示煤自燃过程中孔隙发育对多元气体竞争吸附特性的影响机制。1.5.2技术路线图1-2论文总体研究思路Figure1-2Researchrouteofthethesis本文通过理论分析和大量基础性实验相结合的方法开展瓦斯与煤自燃复合灾害致灾机理与协同防治研究，具体技术路线及研究思路如图1-2所示。1.6研究进展及重要成果（ResearchProgressandMainAchievements）本课题以探索瓦斯与煤自燃复合灾害致灾机理为研究目标，围绕煤自燃过程中孔隙演化及其影响因素与孔隙演化对多元气体吸附特性的影响规律两个方面，通过大量基础性实验、理论分析和现场调研，开展煤自燃过程中孔隙结构与自由基参数的演化规律及影响因素，以及煤体孔隙结构演变对O2、CH4和N2等多元气体吸附特征演化规律的影响研究，最终以实验测试结果为基础进一步完善了瓦斯与煤自燃复合灾害致灾理论。博士期间初步取得一些成果，以第一作者和通讯作者已发表检索SCI论文8篇，处于投稿阶段SCI论文2篇；申请国家发明专利13项，已授权12项，申请PCT国际专利4项，已授权4项；主持江苏省和中国矿业大学创新基金项目各2项；获得中国矿业大学创新优博博士奖学金1项并荣获当年中国矿业大学“校级

博士学位论文12图2-1核磁测试实验煤样Figure2-1CoalsampleofNMRtest2.1.2试验系统和设备本研究涉及的主要系统包括：1）煤自燃模拟实验系统整个煤自燃模拟实验系统由恒压定流供气系统、程序升温系统和气体监测分析系统组成。恒压定流供气系统通过稳压阀调节高压氮气罐向储气罐输出氮气的压力，实现氮气罐内氮气以恒定的压力均匀挤压混合气体储气囊，使得储气囊中的气体以实验设计的固定流量流入煤样罐中。程序升温系统包括2001程序升温仪和煤样高温反应罐两部分，其中程序升温仪可实现气体流量和温度的实时监控功能，升温速率精度可达0.01℃/min，幅度为室温至460℃，煤样高温反应罐由壁厚为3mm的铜质罐体构成，具有良好的导热和耐高温高压特性。气体监测分析系统包括GC4000A型气相色谱仪和计算机两部分，其中GC4000A型气相色谱仪可在20~420℃范围内实时采集并分析包括CH4、C2H2、C2H4、C2H6、O2、CO和CO2等煤自燃过程中所产生标志性气体的生成速率和浓度。图2-2煤自燃模拟实验系统图Figure2-2Testsystemdiagramofcoalspontaneouscombustion


本文编号：3221587