双鸭山矿区煤的自燃特性及预防技术基础研究

【摘要】：为了有效预防黑龙江省双鸭山矿区自燃火灾严重危害矿井安全开采的技术难题,本文应用量子化学理论及红外光谱技术研究了双鸭山矿区煤的分子结构及煤氧化自燃过程中生成的指标性气体,建立了适合双鸭山矿区煤炭自燃的预测预报技术,应用着火活化能理论对双鸭山矿区煤炭自燃难易做出了科学判定,根据阻化机理理论开发了适合双鸭山矿区的新型阻化剂PCF系列产品,提出了以阻化防火技术为主的综合防灭火技术。主要研究内容和研究成果概括如下: 通过对煤分子结构的红外光谱图谱进行分析,得到了煤分子中各官能团的归属,建立了双鸭山矿区煤分子结构。并采用量子化学密度泛函(DFT)理论计算方法,在B3LYP/6-311G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,为研究该矿区的自燃机理打下理论基础。 应用傅利叶变换红外光谱技术系统地研究了煤在氧化自燃过程中生成的各种气体的红外光谱图谱,在研究煤在氧化自燃过程中不同温度下生成指标气体的规律的基础上,建立了判定煤炭自燃的预测预报模型。并根据指标气体取样和环境,提出有针对性的治理措施。 应用着火活化能理论对双鸭山矿区不同煤层及工作面煤的自燃难易进行了判定,研发了适合双鸭山矿区不同煤种及不同工作面的新型阻化剂PCF系列产品及应用的成套技术。并提出以提高失水温度和增大着火活化能的数值作为阻化效果的判定标准。 根据判定不同煤种的自燃难易指标以及煤在氧化自燃过程中生成指标气体浓度与温度的关系,本研究认为了双鸭山矿区的自燃火灾防治可以优先选择新型阻化剂防火技术。并以阻化防火为主的原则,在工作面开采过程中喷洒阻化剂溶液能够有效防治采煤工作面在推采过程中煤的自燃。对于由于漏风等原因造成采空区的自燃采取注氮、注二氧化碳、黄泥灌浆等自燃火灾综合防治技术。