煤自燃指標(biāo)氣體生成特性及內(nèi)在規(guī)律性研究.pdf

1、長(zhǎng)久以來(lái)，煤自燃不僅制約著礦井安全生產(chǎn)工作，而且浪費(fèi)寶貴的煤炭資源，煤自燃預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)對(duì)及時(shí)治理煤自燃有指導(dǎo)意義。煤自熱過(guò)程中產(chǎn)生的指標(biāo)氣體在煤自燃預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)工作中具有重要作用，在此基礎(chǔ)上本文通過(guò)對(duì)指標(biāo)氣體生成規(guī)律及其內(nèi)在關(guān)系的研究，探索煤自燃機(jī)理，目的是給預(yù)測(cè)和治理煤自燃提供理論依據(jù)，增加指標(biāo)氣體的應(yīng)用價(jià)值。
　　本文選取自燃傾向性不同的錫盟褐煤、神東長(zhǎng)焰煤和義馬氣煤三種不同變質(zhì)程度的煤作為研究對(duì)象。采用程序升溫氧化和恒溫氧化的實(shí)驗(yàn)方

2、法，研究在不同煤化程度、溫度、粒徑、質(zhì)量和反應(yīng)體積條件下煤自燃過(guò)程中指標(biāo)氣體H2、CO、CO2和C2H4的釋放規(guī)律。同時(shí)以灰色關(guān)聯(lián)理論和多元線性回歸模型，探討指標(biāo)氣體之間的內(nèi)在關(guān)聯(lián)性。得出以下結(jié)論：
　?。?）在煤自燃過(guò)程中，H2與C2H4的釋放規(guī)律相似，隨著溫度的升高，它們的生成量呈指數(shù)型增長(zhǎng)，適合作為指標(biāo)氣體。
　?。?）在煤自燃過(guò)程中，煤在30℃條件下就開(kāi)始吸收O2生成CO和CO2等氣體。隨著溫度的升高CO與CO2的生

3、成量均呈現(xiàn)指數(shù)型增長(zhǎng)。在恒溫氧化過(guò)程中，較低溫度條件下CO生成量隨反應(yīng)時(shí)間的增長(zhǎng)符合“S”型的邏輯斯蒂增長(zhǎng)模型，而在較高溫度下呈現(xiàn)出對(duì)數(shù)型增長(zhǎng)趨勢(shì)。對(duì)于不同煤種，兩種不同增長(zhǎng)模型發(fā)生轉(zhuǎn)變的臨界溫度為：褐煤100℃、長(zhǎng)焰煤120℃、氣煤120℃。在自燃過(guò)程中，CO2的生成量隨時(shí)間的變化呈對(duì)數(shù)型增長(zhǎng)，CO2的生成規(guī)律不隨溫度變化。
　　（3）在恒溫氧化過(guò)程中，CO2和CO生成速率的比值在不同溫度條件下是穩(wěn)定的數(shù)值。這一比值受煤種特性和

4、供氧條件的影響。當(dāng)氧氣不足時(shí)的比值大于氧氣充足時(shí)的比值。說(shuō)明當(dāng)氧氣減小時(shí)，CO對(duì)氧氣的變化更為敏感，即CO的生成過(guò)程中氧氣具有明顯的促進(jìn)作用。CO2對(duì)氧氣的不敏感說(shuō)明了CO2的生成不只來(lái)源于煤氧結(jié)合，部分來(lái)自于煤內(nèi)部含氧官能團(tuán)（如羧基）等中間絡(luò)合物的分解。
　?。?）通過(guò)對(duì)各種指標(biāo)氣體生成規(guī)律的研究，發(fā)現(xiàn)H2、CH4、C2H4、C2H6和CO2的生成之間有緊密的協(xié)同性。運(yùn)用灰色關(guān)聯(lián)分析方法得到指標(biāo)氣體之間的關(guān)聯(lián)度，將生成規(guī)律與關(guān)聯(lián)

5、度相結(jié)合對(duì)指標(biāo)氣體進(jìn)行分類：
　?、貶2、C2H4、CO2;
　?、贑O、CO2;
　?、跜H4、C2H4、C2H6。
　　三種指標(biāo)氣體體系的分類中重復(fù)的指標(biāo)氣體表明了部分指標(biāo)氣體的生成途徑不唯一，表明煤自燃過(guò)程中存在著多種反應(yīng)序列。
　?。?）運(yùn)用多元線性回歸模型，對(duì)關(guān)聯(lián)緊密的指標(biāo)氣體進(jìn)行擬合，得到它們之間的數(shù)學(xué)關(guān)系。通過(guò)分析計(jì)算發(fā)現(xiàn)：C2H4的生成對(duì)CO2的生成呈促進(jìn)作用；H2的生成和O2的消耗在不同條