阻化剂抑制煤自燃的实验研究

煤自燃是导致煤矿火灾的重要因素之一,严重影响煤矿安全生产,给煤炭工业造成巨大经济损失。阻化剂防灭火技术是重要的防灭火手段之一。目前,国内外涉及阻化剂抑制煤氧化机理的研究报道很少,且这些研究又仅仅停留在表层上,对抑制煤自燃的作用机理往往只是给出一个定性的分析,并没有上升到理论高度。本文在前人研究的基础上,定性和定量研究了阻化剂MgCl2和抗氧剂A对煤阶差异性较大的三种煤的阻化特征和阻化机理,该研究对防止煤自燃具有重要意义。 首先利用同步热分析仪得到了煤升温氧化过程中的热重（TG）、微商热重（DTG）和差示扫描量热（DSC）曲线,对比研究了恒定和改变升温速率和煤粒度条件下煤升温氧化和阻化过程中特征温度点的变化,对煤的热特性曲线做了动力学分析,得到煤氧化和阻化的表观活化能。然后利用红外光谱仪从微观角度研究了煤氧化和阻化过程中煤组成、内部结构、表面活性基团的变化特征。最后利用自制的煤恒温氧化实验装置从宏观角度验证了阻化剂对煤氧化的阻化效能。 实验研究结果表明:MgCl2通过吸收水分、减少煤氧接触面积、降低环境温度等物理作用阻止煤的氧化;在微观方面,MgCl2通过与煤分子间发生取代和络合等作用,增加煤分子的稳定性,提高煤分子氧化的活化能,降低煤的氧化速率;在煤的氧化前期,MgCl2对各煤样的前期阻化效果均较好,在后期,随煤的还原度降低,MgCl2的阻化效果减弱,甚至有催化作用。抗氧剂A对煤的阻化作用是一种化学作用,它可以捕获煤氧化时产生的活性自由基,阻止煤的进一步氧化,达到阻燃的目的,它在前期几乎没有阻化效果,在后期随煤的还原度降低,阻化效果增强。在吸氧增重阶段,添加MgCl2阻化剂的平顶山烟煤和义马长焰煤的阻化煤样的活化能增量值最大;在受热分解阶段,添加抗氧剂A的阳泉无烟煤阻化煤样的活化能增量值最大。随升温速率和煤粒度的增大,原煤样和阻化煤样各特性值均向后推移,但阻化煤样后移的幅度要大于原煤样的幅度,而阻化煤样最大失重速率和最大失热量增大的幅度与原煤样相比变化不大。 本文的研究为以后正确认识阻化剂的作用规律,寻找高效、绿色的煤氧化抑制剂,制定煤自燃的防治措施提供了理论依据。