為探究不同粒徑對煤自燃表觀活化能的影響,對青龍煤礦三個煤層的不同粒徑煤樣進行程序升溫試驗,分析其耗氧速率、CO和C₂H₄產(chǎn)生規(guī)律,得到不同煤樣的臨界溫度點和干裂溫度點,并據(jù)此將煤低溫氧化過程分為3個階段。通過建立的基于耗氧速率的阿倫尼烏斯公式對試驗數(shù)據(jù)進行處理,得出各煤樣不同階段的表觀活化能和指前因子。結(jié)果表明:處于相同變化階段的煤樣表觀活化能隨粒徑的增大而增大;對相同粒徑煤樣而言,若S1階段的指前因子變化較小,其表觀活化能隨反應(yīng)的進行而增大,若S₁階段的指前因子變化較大,則其S₁階段表觀活化能大于S₂階段。5～7mm粒徑作為臨界粒徑,其S₁、S₂階段表觀活化能相較大于其他粒徑�；旌狭矫簶痈麟A段的表觀活化能較小。對比各組煤樣的表觀活化能可知,在相同的情況下,18^#煤層發(fā)生自燃的難度相對較大,16^#煤層次之,17^#煤層難度相對較小。 

【文章來源】：煤炭工程. 2020,52(10)北大核心

【文章頁數(shù)】：6 頁

【部分圖文】：

程序升溫實驗裝置

由圖2可知，從總體上來看，隨著煤溫的上升，不同粒徑煤樣的耗氧速率呈指數(shù)上升趨勢。當煤溫低于60℃時，煤體與氧氣主要發(fā)生物理吸附，在此作用下各粒徑煤樣的耗氧速率隨煤溫審稿僅較小幅度增大，且各粒徑煤樣的耗氧速率相差較小。煤溫超過60～80℃后，煤氧反應(yīng)轉(zhuǎn)而以化學(xué)吸附和化學(xué)反應(yīng)為主，并產(chǎn)生大量熱量，使氧化反應(yīng)加快，各粒徑煤樣的耗氧速率開始出現(xiàn)明顯的上升趨勢。煤溫達到130～150℃后，反應(yīng)進一步加快。根據(jù)煤氧復(fù)合理論，隨著煤樣粒徑的減小，煤體比表面積增大，利于煤體與氧氣接觸并促進氧化反應(yīng)。因此，對同煤層煤樣而言，隨著粒徑增大，煤樣耗氧速率減小。從圖2(d)可知，混合粒徑煤樣耗氧速率隨溫度升高也呈上升趨勢。且隨著反應(yīng)的進行，16#、17#煤層混樣耗氧速率出現(xiàn)大幅變化，18#煤層混樣耗氧速率變化幅度較小。對比各煤層煤樣耗氧速率發(fā)現(xiàn)，相同粒徑下，各煤層煤樣耗氧速率從大到小依次為17#煤層、16#煤層、18#煤層。由此可推斷17#煤層煤體發(fā)生煤氧復(fù)合反應(yīng)時氧氣吸附效率更高。

煤在自燃過程中產(chǎn)生的各類氣體是預(yù)測預(yù)報煤自燃的重要指標，CO氣體作為最常用的指標氣體，在煤自燃預(yù)測預(yù)報中有著重要作用[18]。各組煤樣CO濃度和產(chǎn)生速率隨煤溫的變化情況如圖3所示。由圖3可知，從總體上來看，隨著煤溫的上升，不同粒徑煤樣氧化產(chǎn)生的CO氣體濃度呈上升趨勢。當煤溫低于60℃時，CO濃度僅以較小幅度上升，且各粒徑煤樣CO濃度相差較小，說明在低溫階段粒徑大小對煤體CO產(chǎn)生量幾乎沒有影響。煤溫達到60～80℃后，隨著溫度的上升，煤氧復(fù)合作用加強，各粒徑煤樣氧化反應(yīng)加快，不同粒徑煤樣CO濃度逐漸出現(xiàn)差異。煤溫超過130～150℃后，各粒徑煤樣的CO濃度差異更加明顯。對于同煤層煤樣，隨著粒徑的減小，煤氧接觸的表面積增大，有利于煤樣氧化產(chǎn)生更多的CO氣體。

【參考文獻】：
期刊論文
[1]基于程序升溫的不同粒徑煤氧化活化能試驗研究[J]. 鄧軍,張宇軒,趙婧昱,宋佳佳,張嬿妮.  煤炭科學(xué)技術(shù). 2019(01)
[2]基于程序升溫實驗的同組煤氧化動力學(xué)分析[J]. 張嬿妮,陳龍,鄧軍,趙婧昱,王凱,宋佳佳.  煤礦安全. 2018(05)
[3]空氣流量對不同粒徑煤樣氧化升溫影響實驗研究[J]. 文虎,徐青峰,王秋紅,李海濤.  煤炭工程. 2017(09)
[4]我國煤火災(zāi)害防治技術(shù)研究現(xiàn)狀及展望[J]. 鄧軍,李貝,王凱,王彩萍.  煤炭科學(xué)技術(shù). 2016(10)
[5]我國煤礦火災(zāi)防治現(xiàn)狀及發(fā)展對策[J]. 梁運濤,侯賢軍,羅海珠,田富超,于貴生.  煤炭科學(xué)技術(shù). 2016(06)
[6]基于活化能指標研究不同變質(zhì)程度煙煤的自燃傾向性[J]. 張辛亥,白亞娥,李青蔚,馬騰.  礦業(yè)安全與環(huán)保. 2016(01)
[7]升溫速率和氧濃度對煤表觀活化能的影響[J]. 朱紅青,沈靜,張亞光.  煤炭科學(xué)技術(shù). 2015(11)
[8]基于程序升溫的煤低溫氧化表觀活化能試驗研究[J]. 鄧軍,張丹丹,張阓妮,趙婧昱,任立峰,關(guān)欣杰.  煤炭科學(xué)技術(shù). 2015(06)
[9]預(yù)報煤自燃的氣體指標優(yōu)選試驗研究[J]. 鄧軍,李貝,李珍寶,張瑩,關(guān)欣杰.  煤炭科學(xué)技術(shù). 2014(01)
[10]煤自燃逐步自活化反應(yīng)理論[J]. 陸偉,胡千庭,仲曉星,王德明.  中國礦業(yè)大學(xué)學(xué)報. 2007(01)

博士論文
[1]淮南煤氧化動力學(xué)過程及其微觀結(jié)構(gòu)演化特征研究[D]. 趙婧昱.西安科技大學(xué) 2017
[2]煤氧化自燃微觀特征及其宏觀表征研究[D]. 張嬿妮.西安科技大學(xué) 2012



本文編號：3304850