煤的自燃机理及自燃危险性指数研究

长期以来,人们对煤的自燃机理及氧化自燃的难易性做了大量的研究,由于煤自燃过程的复杂性,使问题没有得到根本解决。本论文应用理论和实验相结合的研究方法,建立了煤分子结构模型,应用量子化学理论从微观上研究了煤的氧化自燃机理,并在煤氧化自燃机理研究的基础上提出了煤的自燃危险性指数法判定煤的自燃难易程度。主要研究内容和研究成果概括如下: 煤分子基本结构单元的化学结构研究 应用红外光谱技术实验研究了大同煤矿集团、神华神东公司、铁法、阜新、双鸭山和鹤岗等所属矿区的80多种煤样的煤分子的化学结构,分析了煤分子结构的红外光谱图,建立了煤的分子结构模型。分析煤样氧化自燃生成产物的红外3D光谱图谱,煤与氧气发生氧化反应生成H2O、CO2、CO、CH4和C2H4等物质,在温度较低的情况下以上五种物质的生成证明了所建立的煤分子结构模型中苯环侧链基团存在的正确性。应用量子化学密度泛函（DFT）理论计算方法,在B3LYP/6-31G计算水平上,对构建的煤分子化学基本结构单元进行了优化,得到了分子构型参数和振动频率。将理论计算的频率与红外光谱实验得到的频率进行比较,其结果具有一致性,这说明了所建立的煤分子结构是正确的。 根据分子轨道理论,煤的氧化自燃反应发生在电荷密度较大的原子部位,煤分子中N92、C61、C99、C95、C74、N122等基团位置的原子在受到氧分子的攻击时,容易发生氧化自燃反应。 煤自燃机理的量子化学研究及实验验证