煤自燃指標氣體生成特性及內(nèi)在規(guī)律性研究.pdf

1、長久以來，煤自燃不僅制約著礦井安全生產(chǎn)工作，而且浪費寶貴的煤炭資源，煤自燃預測預報對及時治理煤自燃有指導意義。煤自熱過程中產(chǎn)生的指標氣體在煤自燃預測預報工作中具有重要作用，在此基礎上本文通過對指標氣體生成規(guī)律及其內(nèi)在關系的研究，探索煤自燃機理，目的是給預測和治理煤自燃提供理論依據(jù)，增加指標氣體的應用價值。
　　本文選取自燃傾向性不同的錫盟褐煤、神東長焰煤和義馬氣煤三種不同變質(zhì)程度的煤作為研究對象。采用程序升溫氧化和恒溫氧化的實驗方

2、法，研究在不同煤化程度、溫度、粒徑、質(zhì)量和反應體積條件下煤自燃過程中指標氣體H2、CO、CO2和C2H4的釋放規(guī)律。同時以灰色關聯(lián)理論和多元線性回歸模型，探討指標氣體之間的內(nèi)在關聯(lián)性。得出以下結(jié)論：
　?。?）在煤自燃過程中，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，適合作為指標氣體。
　?。?）在煤自燃過程中，煤在30℃條件下就開始吸收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。在恒溫氧化過程中，較低溫度條件下CO生成量隨反應時間的增長符合“S”型的邏輯斯蒂增長模型，而在較高溫度下呈現(xiàn)出對數(shù)型增長趨勢。對于不同煤種，兩種不同增長模型發(fā)生轉(zhuǎn)變的臨界溫度為：褐煤100℃、長焰煤120℃、氣煤120℃。在自燃過程中，CO2的生成量隨時間的變化呈對數(shù)型增長，CO2的生成規(guī)律不隨溫度變化。
　　（3）在恒溫氧化過程中，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。當氧氣不足時的比值大于氧氣充足時的比值。說明當氧氣減小時，CO對氧氣的變化更為敏感，即CO的生成過程中氧氣具有明顯的促進作用。CO2對氧氣的不敏感說明了CO2的生成不只來源于煤氧結(jié)合，部分來自于煤內(nèi)部含氧官能團（如羧基）等中間絡合物的分解。
　?。?）通過對各種指標氣體生成規(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。運用灰色關聯(lián)分析方法得到指標氣體之間的關聯(lián)度，將生成規(guī)律與關聯(lián)

5、度相結(jié)合對指標氣體進行分類：
　?、貶2、C2H4、CO2;
　　②CO、CO2;
　　③CH4、C2H4、C2H6。
　　三種指標氣體體系的分類中重復的指標氣體表明了部分指標氣體的生成途徑不唯一，表明煤自燃過程中存在著多種反應序列。
　?。?）運用多元線性回歸模型，對關聯(lián)緊密的指標氣體進行擬合，得到它們之間的數(shù)學關系。通過分析計算發(fā)現(xiàn)：C2H4的生成對CO2的生成呈促進作用；H2的生成和O2的消耗在不同條