高地温对煤自热危险性的影响研究

煤炭是我国重要的基础能源之一。随着煤炭开采技术水平的发展以及开采深度的增加,矿井受地温的影响日益增加,煤的自热危险性随之增加,严重影响着矿井的安全生产以及井下工作人员的人身安全。本文采用实验研究和理论分析相结合的方法,以西山焦煤为研究对象,通过不同的初始温度对煤样进行处理来模拟不同的地温环境条件进行实验,从热动力学的角度出发,研究了高地温环境条件下影响煤自燃的宏观特性参数与微观特性参数,对高地温环境的矿井煤自热危险性的研究具有重要的理论指导意义。利用煤自燃程序升温实验系统与气相色谱仪,在温度为30℃、40℃、50℃条件下对选取的西山焦煤煤样进行预处理,处理后的煤样进行程序升温实验。通过分析不同温度条件下的耗氧速率、CO和CO2产生速率等参数,得出三种煤样的自燃极限参数,并对煤自燃过程中的表观活化能进行拟合,得出在50℃条件下处理的煤样更易自燃,分析煤低温氧化过程中的基本机理,掌握高地温环境条件下煤氧化过程中的宏观参数变化规律。通过对三种煤样的热分析实验,运用热分析动力学方法对氧化过程中的水分蒸发阶段、脱附阶段、吸氧增重阶段进行分析,得出三种煤样氧化过程中的表观活化能和指前因子等参数,找出了热分析动力学参数变化规律。同时,运用傅里叶红外光谱实验,对处理后的三种煤样的红外光谱特征进行分析与研究,从微观的角度出发,研究了不同条件下的羟基吸收峰、芳香族和脂肪族C-H吸收谱峰、芳香族C=O化合物吸收谱峰强度的变化规律。由恒温氧化过程中脂肪族C-H组分转化动力学特性,即-CH3、-CH2转化率的一级反应模型和二级反应模型的拟合,得出-CH3、-CH2转化率符合二级线性反应模型,得出高地温环境条件下煤氧化过程中的微观参数变化规律。通过对三种煤样的宏观特性参数和微观官能团的变化规律特性,结合热分析的动力学特性,研究了不同煤样宏观气体生成规律与其微观特征变化之间的对应关系,得出高地温环境条件下煤氧化过程的宏观特性的微观解释。将宏观和微观特性想结合,确定了高地温环境条件下煤的自热危险性,为进一步完善高地温条件下煤自燃的防治工作提供了理论基础与技术保障。