在煤礦的開(kāi)采與利用過(guò)程中,煤體一旦與氧氣接觸即會(huì)發(fā)生不同程度的初次氧化。在采空區(qū)遺煤復(fù)采、啟封火區(qū)時(shí)煤體與氧氣接觸會(huì)發(fā)生二次氧化,并且煤二次氧化的自燃特性受初次氧化程度的影響較大。本文以不同終止溫度作為煤初次氧化程度的主要影響因素之一,通過(guò)理論分析和實(shí)驗(yàn)測(cè)試,從煤二次氧化過(guò)程中的特征溫度、氧化動(dòng)力學(xué)、熱效應(yīng)和微觀(guān)結(jié)構(gòu)等方面分析了不同初次氧化程度對(duì)煤二次氧化自燃特性的影響。利用同步熱分析儀分析了初次氧化終止溫度分別為75℃、115℃、155℃和195℃時(shí),煤二次氧化過(guò)程中的質(zhì)量和熱量變化特性,得出初次氧化作用會(huì)使煤二次氧化過(guò)程中的干裂溫度T2和著火點(diǎn)溫度T6有所降低,燃盡溫度T8略微升高,但是對(duì)臨界溫度T1、受熱分解溫度T5和最大失重速率溫度T7的影響不大。根據(jù)TG實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),采用多升溫速率法計(jì)算了各煤樣在水分揮發(fā)及脫附和吸氧增重這兩個(gè)階段的活化能,其中,155℃氧化煤較其他煤樣相比,在這兩個(gè)階段的活化能最低,即促使煤氧復(fù)合反應(yīng)發(fā)生的初始能量最低。通過(guò)對(duì)不同溫度氧化煤二次氧化過(guò)程中的DSC及其積分曲線(xiàn)進(jìn)行分析,得出煤二次氧化過(guò)程中的熱效應(yīng)分為兩個(gè)階段,第一階段是煤體中水分的揮發(fā)以及賦存物質(zhì)的脫附,以向外界吸熱為主;第二階段是煤體吸氧增重并隨著溫度升高進(jìn)行分解,在達(dá)到著火點(diǎn)溫度后發(fā)生劇烈的氧化反應(yīng),以向外界放熱為主。初次氧化作用會(huì)降低煤二次氧化過(guò)程中的總吸熱量,增加總放熱量,較其他煤樣相比,155℃氧化煤在二次氧化過(guò)程中,總吸熱量最小,總放熱量最大,從熱量的角度而言,該煤樣的放熱效應(yīng)更強(qiáng)。通過(guò)傅里葉原位紅外光譜實(shí)驗(yàn),并結(jié)合TG-DSC實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),分析了不同溫度氧化煤二次氧化過(guò)程中各特征階段的官能團(tuán)變化特性及遷移規(guī)律,得出155℃氧化煤在二次氧化過(guò)程中的各特征官能團(tuán)相比其他煤樣反應(yīng)更加劇烈,官能團(tuán)含量變化更大。在反應(yīng)前期,該煤樣與氧氣反應(yīng)更加充分,吸附氧氣量更大,進(jìn)入受熱分解階段煤氧復(fù)合反應(yīng)加快,并率先達(dá)到著火點(diǎn)溫度,煤體發(fā)生劇烈的氧化燃燒反應(yīng)并放出大量熱量,煤二次氧化的自燃危險(xiǎn)性更高。研究結(jié)果為我國(guó)近距離煤層群、厚煤層分層開(kāi)采及復(fù)采工作面煤自燃準(zhǔn)確預(yù)測(cè)及針對(duì)性防治提供了理論依據(jù)和指導(dǎo)。
【學(xué)位單位】：西安科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類(lèi)】：TD752.2
【文章目錄】：
摘要
ABSTRACT
1 緒論
    1.1 研究背景及意義
        1.1.1 研究背景
        1.1.2 研究目的及意義
    1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀
        1.2.1 氧化煤的自燃性增強(qiáng)效應(yīng)
        1.2.2 煤初次氧化程度對(duì)復(fù)燃氧化動(dòng)力學(xué)參數(shù)的影響
        1.2.3 煤初次氧化程度對(duì)復(fù)燃過(guò)程中微觀(guān)結(jié)構(gòu)的影響
        1.2.4 煤分子微觀(guān)結(jié)構(gòu)對(duì)自燃特性的相互影響規(guī)律研究
    1.3 研究?jī)?nèi)容和技術(shù)路線(xiàn)
        1.3.1 研究?jī)?nèi)容
        1.3.2 技術(shù)路線(xiàn)
2 煤二次氧化動(dòng)力學(xué)特征參數(shù)研究
    2.1 煤樣制備方法及過(guò)程
        2.1.1 煤樣制備方法
        2.1.2 煤樣制備過(guò)程
    2.2 熱重實(shí)驗(yàn)
        2.2.1 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?br>        2.2.2 實(shí)驗(yàn)原理
        2.2.3 實(shí)驗(yàn)裝置及過(guò)程
    2.3 煤二次氧化特征溫度及特征階段分析
        2.3.1 TG和 DTG曲線(xiàn)
        2.3.2 特征溫度
        2.3.3 特征階段
    2.4 煤二次氧化動(dòng)力學(xué)特征參數(shù)分析
        2.4.1 二次氧化動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)理論
        2.4.2 二次氧化動(dòng)力學(xué)參數(shù)計(jì)算方法
        2.4.3 二次氧化動(dòng)力學(xué)參數(shù)計(jì)算過(guò)程
    2.5 本章小結(jié)
3 煤二次氧化熱效應(yīng)特征參數(shù)研究
    3.1 DSC曲線(xiàn)分析
    3.2 煤二次氧化熱效應(yīng)特征參數(shù)分析
        3.2.1 熱平衡溫度
        3.2.2 吸熱量最大溫度和放熱量最大溫度
        3.2.3 總吸熱量和總放熱量
    3.3 本章小結(jié)
4 煤二次氧化過(guò)程中官能團(tuán)的變化特性研究
    4.1傅里葉原位紅外光譜實(shí)驗(yàn)
        4.1.1 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?br>        4.1.2 實(shí)驗(yàn)原理
        4.1.3 實(shí)驗(yàn)裝置和過(guò)程
    4.2 煤二次氧化官能團(tuán)變化三維圖形分析
    4.3 不同特征溫度下煤樣二次氧化分子官能團(tuán)特性
    4.4 煤二次氧化分子官能團(tuán)遷移規(guī)律分析
        4.4.1 羥基（-OH）遷移轉(zhuǎn)化特性
        4.4.2 烴類(lèi)遷移轉(zhuǎn)化特性
        4.4.3 芳烴（Ar-CH）遷移轉(zhuǎn)化特性
        4.4.4 含氧官能團(tuán)遷移轉(zhuǎn)化特性
    4.5 本章小結(jié)
5 結(jié)論與展望
    5.1 結(jié)論
    5.2 展望
致謝
參考文獻(xiàn)
附錄

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 馬礪;向崎;任立峰;;阻化煤樣的初次/二次氧化特性實(shí)驗(yàn)研究[J];西安科技大學(xué)學(xué)報(bào);2015年06期

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10 陳凱;秦汝祥;;不同氧化溫度和升溫速率下煤的活化能研究[J];煤炭與化工;2014年03期

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4 張嬿妮;煤氧化自燃微觀(guān)特征及其宏觀(guān)表征研究[D];西安科技大學(xué);2012年

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2 袁壯;煤自燃階段特征及活化能變化規(guī)律的實(shí)驗(yàn)研究[D];重慶大學(xué);2017年

3 趙婧昱;煤二次氧化自燃的微觀(guān)特性研究[D];西安科技大學(xué);2015年

4 陶遠(yuǎn);1/3焦煤氧化煤樣自燃特性實(shí)驗(yàn)研究[D];安徽理工大學(xué);2014年

5 牛光勇;近距離煤層上層采空區(qū)自燃火災(zāi)綜合治理技術(shù)應(yīng)用研究[D];太原理工大學(xué);2013年

本文編號(hào)：2883865