煤的氧化放熱特性是影響煤自燃的關(guān)鍵因素之一。為研究煤低溫貧氧氧化放熱特性,采用C80微量熱儀,測(cè)試了煤在不同氧濃度環(huán)境（5%、9%、13%、17%、21%）中250℃以下的氧化放熱熱流曲線,分析了初始放熱溫度、放熱量,并計(jì)算了表觀活化能。結(jié)果表明:煤低溫氧化初始放熱溫度隨著氧濃度的降低呈波動(dòng)增大的趨勢(shì);放熱強(qiáng)度、放熱量和表觀活化能隨著氧濃度的降低而降低,且存在臨界氧濃度,使低于該氧濃度時(shí),煤低溫氧化放熱行為受到明顯抑制,實(shí)驗(yàn)煤樣均存在2個(gè)臨界氧濃度,分別為13%和9%。 

【文章來源】：煤礦安全. 2020,51(11)北大核心

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【部分圖文】：

C80微量熱測(cè)試系統(tǒng)

通過C80微量熱儀測(cè)得煤氧化過程中的熱流曲線。熱流值的大小表征了單位時(shí)間內(nèi)的氧化放熱量，因此，采用熱流值表征煤的氧化放熱強(qiáng)度，2種煤不同氧濃度條件下氧化過程中的熱流曲線如圖2。從圖2可以看出，熱流曲線在初始階段首先降低，當(dāng)達(dá)到某一溫度后，熱流值開始增大。初始階段熱流曲線下降的原因較為復(fù)雜，例如水分的蒸發(fā)、氣體解吸、參比池與樣品池充填介質(zhì)熱傳導(dǎo)特性之間的差異等。根據(jù)煤自燃逐步自活化理論[20]，煤中含有多種官能團(tuán)，活性高的官能團(tuán)首先與氧發(fā)生反應(yīng)，活性低的官能團(tuán)在氧化過程中逐漸被活化后參與反應(yīng)。因此，隨著溫度的升高，參與反應(yīng)的活性官能團(tuán)數(shù)量增多，放熱強(qiáng)度增大，表現(xiàn)為熱流值升高，且溫度越高，熱流值越大。氧濃度越低，熱流值越低，表明放熱強(qiáng)度越低，這是因?yàn)檠鯕夤┙o不足限制了參與反應(yīng)的活性官能團(tuán)數(shù)量。

Ren等[16]的研究表明，在絕氧條件下，煤氧化熱流值穩(wěn)定在最小值附近，因此將熱流最小值點(diǎn)對(duì)應(yīng)的溫度定義為初始放熱溫度。2種煤不同氧濃度環(huán)境中的初始放熱溫度如圖3。從圖3可以看出，2種煤的初始放熱溫度整體上隨著氧濃度的降低而增大，當(dāng)氧濃度由21%降低至5%時(shí)，煤樣A和煤樣B的初始放熱溫度分別增加了18.80%和3.39%。但從初始放熱溫度的變化過程來看，表現(xiàn)出波動(dòng)上升的非線性特征。對(duì)于煤樣A，當(dāng)氧濃度為17%和9%時(shí)，初始放熱溫度明顯增大，而在5%～9%和13%～17%范圍內(nèi)變化不大；對(duì)于煤樣B，當(dāng)氧濃度為17%時(shí)，初始放熱溫度反而呈現(xiàn)出降低的趨勢(shì)，隨后隨著氧濃度的降低近似線性增大。煤氧化過程中會(huì)產(chǎn)生CO、CO2等氣體產(chǎn)物，這些氣體產(chǎn)物的釋放會(huì)在氧氣向煤體孔隙擴(kuò)散的過程中形成阻力。貧氧環(huán)境中的氧氣供給量降低，煤的氧化反應(yīng)強(qiáng)度減弱，然而，氣體產(chǎn)物的產(chǎn)生速率及產(chǎn)生量均降低，導(dǎo)致氧氣向煤體孔隙中擴(kuò)散的阻力降低，有利于氧氣向煤體內(nèi)部的擴(kuò)散。在綜合作用下，煤氧化初始放熱溫度隨氧濃度的降低波動(dòng)上升。

【參考文獻(xiàn)】：
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