煤炭自然发火危险性新预测方法研究分析应用.ppt

煤炭自然发火危险性新预测方法的研究与应用 2009 . 10 .12 汇报的内容 理论研究 安徽理工大学矿井火灾防治研究组 项目负责人： 何启林 汇报的内容 理论研究 概 述 煤炭自燃的理论基础 煤的微观结构与矿物成分的测定 用红外光谱技术研究煤的低温氧化规律 用分形学理论对变温条件下煤结构变化 低温下煤的吸氧量的测定及吸氧规律性的研究 用热重—红外光谱（TG-DTA-FTIR）技术对煤氧化过程中规律性进行综合研究 煤炭自燃过程的绝热实验 煤的氧化热解过程的化学动力学研究 1、概述 课题的提出 什么是煤炭自燃倾向性？ 我国现行的流态色谱吸氧法评价煤炭自燃倾向性有不合理之处,评价结果往往与实际情况差异较大. 何种指标能较准确反映煤炭 自燃倾向性高低呢？ 1、概述 研究煤炭自燃倾向性方法的基础准则: 2、煤炭自然理论 煤自燃发火机理的评述 黄铁矿学说、细菌作用说、吸收水份发热说、地壳运动导热说、酚基作用说、煤氧复合作用学说、自由基学说等 煤炭自燃发生的根本原因是由于各种放热反应放出的热量使煤升温 实验发现煤从低温氧化到燃烧是一个吸氧放热的过程，除了煤中的含碳物质氧化放热外，还有煤的硫化矿物的氧化、水对煤的湿润热、煤的有机物质和无机物质的水解热、地应力和开采应力使煤破碎产生绝热空气的压缩热等都会对煤的自然升温过程起一定作用。 2、煤炭自然理论 煤的分子结构与自燃关系 煤在氧化过程中首先是分子结构中桥键被氧化断开，尤其是次甲基键、醚键和硫醚键。 掌握桥键数量变化情况可以了解煤的氧化程度，利用傅立叶变换红外光谱(FTIR)分析技术，对暴露于空气中不同时期的氧化煤样的红外光谱进行了测试与分析，并根据煤的桥键主要特征光谱峰在氧化过程中的吸收光谱强度变化，得出煤在氧化进程中桥键数量的变化规律，从而确定出煤氧化能力的强弱。 2、煤炭自然理论 煤的氧化过程的机理 自由基连锁反应机理：常温下即进行 氧化水解机理：氧化放出一定的热量后，且需要较为激烈的氧化条件才进行 酚羟基氧化机理：氧化放出一定的热量后，且需要较为激烈的氧化条件才进行 3 煤的微观结构与矿物成分的测定 3)煤中矿物存在形式对煤自燃倾向性的影响 3 煤的微观结构与矿物成分的测定 3)煤中矿物存在形式对煤自燃倾向性的影响 3 煤的微观结构与矿物成分的测定 3)煤中矿物存在形式对煤自燃倾向性的影响 3 煤的微观结构与矿物成分的测定 结 论 1、煤化程度决定煤中的有机组分及其空间的分布，它也是决定煤自燃倾向性大小的重要因素。从泥煤，褐煤、烟煤到无烟煤整个发展过程中，由于温度压力等因素的作用，煤经历了一个脱羧，脱羟基，脱烷基和脱氢的变化过程，使煤的碳含量不断增加，芳香烃的稠环度不断增大，煤变得更加致密，稳定性越来越高，煤的吸氧放热性能大大降低，也即是煤的自燃倾向性降低。 2、煤中的无机显微组分中硫化矿物含量与其在煤中存在形式是引起同煤化程度煤种自燃倾向性差异的重要原因。煤中硫化矿物含量的高低是决定煤的吸氧放热能力的大小，硫化矿物在煤中存在形式影响煤在氧化过程中是整体均匀放热还是局部集中放热，煤中硫化矿物以松散堆积形式存在的煤更易自燃。 4 用红外光谱技术研究煤的低温氧化规律 4 用红外光谱技术研究煤的低温氧化规律 4 用红外光谱技术研究煤的低温氧化规律 5. 用分形学理论对变温条件下煤结构变化与吸氧量关系的研究 分形理论在煤表面结构中的应用的原理 1)空间维数连续,分形维数D=2~3 2)煤的分形维数的计算方法 孔半径描述煤的表面结构总表面面积为A(r) 5. 用分形学理论对变温条件下煤结构变化与吸氧量关系的研究 5. 用分形学理论对变温条件下煤结构变化与吸氧量关系的研 5. 用分形学理论对变温条件下煤结构变化与吸氧量关系的研究 6 低温下煤的吸氧量的测定及吸氧规律性的研究 实验仪器 实验结果 煤的吸氧量、吸氧速率与煤自燃倾向性的关系 用红外光谱测定煤氧化过程中气体释放规律 不同煤种CO析出百分比与温度的关系(说明用CO作为指标气体注意事项） 8 煤炭自燃过程的绝热实验 煤的实验最短发火期定义为： 新暴露于空气的煤样，在实验室粉碎成一定粒度的煤样，在给定的供 氧量条件下，在绝热的环境中，从常温上升到着火点所需的时间。 8 煤的自燃过程的绝热实验 烟煤氧化温度与时间关系 9 煤的氧化热解过程的化学动力学研究 9 煤的氧化热解过程的化学动力学研究 比较同一机理函数的微分和积分计算结果，以此推测煤热解过程中所遵循的反应机理，一般判断最适合机理函数的依据为：用微分法和积分法计算结果的线性相关系数R均要大于0.98