在煤礦的開采與利用過程中,煤體一旦與氧氣接觸即會發(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)時煤體與氧氣接觸會發(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,通過理論分析和實驗測試,從煤二次氧化過程中的特征溫度、氧化動力學(xué)、熱效應(yīng)和微觀結(jié)構(gòu)等方面分析了不同初次氧化程度對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,煤二次氧化過程中的質(zhì)量和熱量變化特性,得出初次氧化作用會使煤二次氧化過程中的干裂溫度T2和著火點溫度T6有所降低,燃盡溫度T8略微升高,但是對臨界溫度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實驗數(shù)據(jù),采用多升溫速率法計算了各煤樣在水分揮發(fā)及脫附和吸氧增重這兩個階段的活化能,其中,155℃氧化煤較其他煤樣相比,在這兩個階段的活化能最低,即促使煤氧復(fù)合反應(yīng)發(fā)生的初始能量最低。通過對不同溫度氧化煤二次氧化過程中的DSC及其積分曲線進(jìn)行分析,得出煤二次氧化過程中的熱效應(yīng)分為兩個階段,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。初次氧化作用會降低煤二次氧化過程中的總吸熱量,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。通過傅里葉原位紅外光譜實驗,并結(jié)合TG-DSC實驗數(shù)據(jù),分析了不同溫度氧化煤二次氧化過程中各特征階段的官能團變化特性及遷移規(guī)律,得出155℃氧化煤在二次氧化過程中的各特征官能團相比其他煤樣反應(yīng)更加劇烈,官能團含量變化更大。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性更高。研究結(jié)果為我國近距離煤層群、厚煤層分層開采及復(fù)采工作面煤自燃準(zhǔn)確預(yù)測及針對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)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：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 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀
        1.2.1 氧化煤的自燃性增強效應(yīng)
        1.2.2 煤初次氧化程度對復(fù)燃氧化動力學(xué)參數(shù)的影響
        1.2.3 煤初次氧化程度對復(fù)燃過程中微觀結(jié)構(gòu)的影響
        1.2.4 煤分子微觀結(jié)構(gòu)對自燃特性的相互影響規(guī)律研究
    1.3 研究內(nèi)容和技術(shù)路線
        1.3.1 研究內(nèi)容
        1.3.2 技術(shù)路線
2 煤二次氧化動力學(xué)特征參數(shù)研究
    2.1 煤樣制備方法及過程
        2.1.1 煤樣制備方法
        2.1.2 煤樣制備過程
    2.2 熱重實驗
        2.2.1 實驗?zāi)康?br>        2.2.2 實驗原理
        2.2.3 實驗裝置及過程
    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
        2.3.2 特征溫度
        2.3.3 特征階段
    2.4 煤二次氧化動力學(xué)特征參數(shù)分析
        2.4.1 二次氧化動力學(xué)基礎(chǔ)理論
        2.4.2 二次氧化動力學(xué)參數(shù)計算方法
        2.4.3 二次氧化動力學(xué)參數(shù)計算過程
    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 煤二次氧化過程中官能團的變化特性研究
    4.1傅里葉原位紅外光譜實驗
        4.1.1 實驗?zāi)康?br>        4.1.2 實驗原理
        4.1.3 實驗裝置和過程
    4.2 煤二次氧化官能團變化三維圖形分析
    4.3 不同特征溫度下煤樣二次氧化分子官能團特性
    4.4 煤二次氧化分子官能團遷移規(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/二次氧化特性實驗研究[J];西安科技大學(xué)學(xué)報;2015年06期

2 文虎;張建業(yè);程方明;何吉坤;李波;;煤二次氧化的自燃特性實驗研究[J];煤炭技術(shù);2015年10期

3 屈麗娜;劉星魁;張紅元;;煤自燃階段動力學(xué)參數(shù)及特征溫度點的實驗研究[J];西安科技大學(xué)學(xué)報;2015年05期

4 李強;鄔劍明;吳玉國;金瑾;;近距離煤層開采上覆煤層采空區(qū)氣體分布規(guī)律[J];中國煤炭;2015年02期

5 鄧軍;艾紹武;馬礪;胡安鵬;任立峰;李貝;;阻化劑對采空區(qū)遺煤初次和二次氧化特性的影響[J];煤炭科學(xué)技術(shù);2015年01期

6 董憲偉;王福生;孟亞寧;;煤的微觀孔隙結(jié)構(gòu)對其自燃傾向性的影響[J];煤炭科學(xué)技術(shù);2014年11期

7 張辛亥;李青蔚;;預(yù)氧化煤自燃特性試驗研究[J];煤炭科學(xué)技術(shù);2014年11期

8 鄧軍;趙婧昱;張嬿妮;;玉華礦煤自燃特征溫度增長率分析法測試[J];礦業(yè)安全與環(huán)保;2014年04期

9 朱紅青;王海燕;宋澤陽;和超楠;;煤絕熱氧化動力學(xué)特征參數(shù)與變質(zhì)程度的關(guān)系[J];煤炭學(xué)報;2014年03期

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

相關(guān)博士學(xué)位論文 前4條

1 王凱;陜北侏羅紀(jì)煤低溫氧化反應(yīng)性及動力學(xué)研究[D];西安科技大學(xué);2015年

2 夏文成;太西氧化煤難浮機理及其可浮性改善研究[D];中國礦業(yè)大學(xué);2014年

3 孔令坡;低溫氧化對煤的結(jié)構(gòu)及性能的影響研究[D];北京化工大學(xué);2014年

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

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前5條

1 白亞娥;不同預(yù)氧化程度煤二次氧化特性研究[D];西安科技大學(xué);2017年

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

3 趙婧昱;煤二次氧化自燃的微觀特性研究[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驗研究[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：2883865