煤氧化气体生成规律与微观官能团变化的关联研究

【摘要】：我国大部分煤层属于自燃煤层,煤氧化引起的自燃火灾不仅浪费矿产资源,而且造成环境污染,并严重威胁矿井的安全生产[14]。本论文采用实验处理与理论分析的方法,针对不同煤种的低温氧化阶段,研究煤恒温氧化过程的气体生成规律与微观官能团变化特征,同时从宏观与微观两个角度揭示煤氧化机理,对预防与治理煤氧化自燃具有重要的意义。 利用恒温装置系统与气相色谱仪,对不同种煤样在不同粒径、不同质量条件下进行恒温氧化实验。通过分析不同氧化时间的耗氧速率、CO生成速率等特定参数,得出不同条件下煤低温氧化阶段的气体产物特征和变化趋势,并根据煤样反应罐内氧气浓度变化情况,得出不同粒径、不同质量、不同煤种条件下煤低温氧化过程随氧气浓度的变化规律,并定量的标定不同变量条件下,煤样耗氧速率、CO生成速率与恒温氧化时间的关系,分析低温下煤氧化反应的基本机理,从而掌握煤氧化过程的本质宏观变化规律。 与此同时,通过傅里叶红外光谱实验,对不同变质程度、不同粒径、不同恒温氧化时间煤样的红外光谱特征进行了分析与研究,从微观角度分析了不同条件下煤分子中羟基、羰基、芳香烃的等官能团的变化趋势,得出了煤分子中活性基团含量的差别,造成了煤分子化学结构上的不同,从煤内在属性上决定了其氧化自燃的难易程度[1]。 煤氧复合反应是个整体系统,煤氧化进程的外在宏观现象与煤内在分子官能团变化均反应出煤氧化特点与反应规律,通过对气体参数的微观分析,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,得出了煤氧化过程特定气体参数的微观解释,同时从宏观与微观两个角度解释,验证煤氧化反应过程中现象与参数的变化情况,进一步的掌握低温条件下煤氧化过程的发展规律,为拓展煤自燃的评价指标体系与完善煤自燃的防治工作提供了理论基础与技术保障。