余明高，袁 壯，褚廷湘,2，郭品坤，鄭 凱

(1.重慶大學(xué)煤礦災(zāi)害動(dòng)力學(xué)與控制國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，重慶，400030；2.河南理工大學(xué)安全科學(xué)與工程學(xué)院，焦作，454003)

?

不同自燃傾向性煤自燃氧化特性試驗(yàn)研究

余明高1,2*，袁 壯1，褚廷湘1,2，郭品坤1，鄭 凱1

(1.重慶大學(xué)煤礦災(zāi)害動(dòng)力學(xué)與控制國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，重慶，400030；2.河南理工大學(xué)安全科學(xué)與工程學(xué)院，焦作，454003)

為了研究不同自燃傾向性煤自燃特性變化規(guī)律，利用煤氧化動(dòng)力學(xué)測(cè)定系統(tǒng)，測(cè)試了三種不同自燃性煤的氧化特征。結(jié)果表明：(1)單一氣體生成量、耗氧量及耗氧速率均隨著煤自燃性的增強(qiáng)而增大，且CO生成量和耗氧速率急劇上升的拐點(diǎn)溫度與出現(xiàn)C2H4氣體的溫度相同。(2)CO、CO2和C2H4產(chǎn)生率具有明顯的階段性，且前兩種氣體最大產(chǎn)生率所對(duì)應(yīng)的溫度相同；當(dāng)不同自燃性煤的溫度超過(guò)80℃時(shí)，兩組指標(biāo)CO/ΔO2和CO/CO2均迅速增大，表明其氧化反應(yīng)加快。(3)在TG-DSC試驗(yàn)中，煤的氧化燃燒過(guò)程可分為5個(gè)階段，對(duì)應(yīng)于4種特征溫度。其中過(guò)渡穩(wěn)定階段指煤的質(zhì)量保持穩(wěn)定，是失重到增重的過(guò)渡態(tài)，且不同自燃性煤每個(gè)階段持續(xù)時(shí)間及階段性特征溫度存在顯著差異。

自燃傾向性；氧化特性；單一氣體；復(fù)合氣體；熱重分析

0 引言

煤是我國(guó)重要的能源。由于每年開采量的增加和井下環(huán)境條件的影響，礦井火災(zāi)已成為威脅煤礦安全生產(chǎn)和破壞煤炭資源的重要災(zāi)害之一。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)井下90%的火災(zāi)均由煤層自燃引起。煤自燃是在一定條件下伴隨著煤氧吸附、氧化自熱、熱量積聚而導(dǎo)致發(fā)火的一種極其復(fù)雜的物理化學(xué)過(guò)程。近些年來(lái)，國(guó)內(nèi)外研究學(xué)者針對(duì)煤自燃進(jìn)行了大量的研究，取得了一定的成果。陸、譚等[1,2]利用絕熱氧化法、元素分析以及工業(yè)分析實(shí)驗(yàn)，獲得了不同溫度階段絕熱氧化和升溫速率，建立了煤絕熱氧化產(chǎn)熱量計(jì)算模型，并擬合出煤元素、揮發(fā)性與升溫速率和臨界點(diǎn)的關(guān)系。何等[3]利用氧化模擬和色譜分析實(shí)驗(yàn)，并結(jié)合煤巖學(xué)分析，提出煤氧化生成氣體的組成和數(shù)量在內(nèi)因上主要取決于煤溫、煤階和顯微組分組成。謝、仲、吳、張和路等[4-8]通過(guò)程序升溫實(shí)驗(yàn)，分別測(cè)定了不同粒徑煤在不同溫度下的升溫速率及產(chǎn)生CO、CO2等氣體濃度，研究了煤的臨界溫度及預(yù)氧化煤氣體產(chǎn)生率、放熱強(qiáng)度等特性參數(shù)。彭、王和朱等[9-11]采用TG-DSC技術(shù)研究了不同煤樣在不同氧化階段的氧化特征值，得出了不同煤種在整個(gè)氧化階段的氣體產(chǎn)物生成規(guī)律及其特征，并分析了升溫速率和氧濃度對(duì)煤表觀活化能的影響。Dai等[12]運(yùn)用MFBRA探討不同煤樣和混合煤樣在熱解過(guò)程中氣體釋放特征和生成動(dòng)力學(xué)，結(jié)果顯示在相同條件下隨著煤的揮發(fā)性增加，氣體初始釋放溫度和熱解活化能減低。Nimaje等[13]采集49個(gè)煤樣，通過(guò)工業(yè)分析、元素分析、交叉點(diǎn)溫度、巖相分析、燃點(diǎn)溫度、Olpinski指數(shù)、熱重實(shí)驗(yàn)等確定煤的自燃特性，得到了元素分析數(shù)據(jù)與Olpinski指數(shù)有顯著相關(guān)性。

以上研究主要是針對(duì)不同礦區(qū)的不同煤樣開展的自燃氧化實(shí)驗(yàn)，得出了不同煤樣的自燃過(guò)程不同，且其自燃過(guò)程受到多種因素的影響。同時(shí)，從上述文獻(xiàn)中可發(fā)現(xiàn)，煤中眾多因素決定著其自燃性，而把影響因素歸合為煤的不同自燃性并對(duì)其氧化特征及參數(shù)變化規(guī)律的研究與歸納的鮮有報(bào)道。因此，本文結(jié)合煤的自燃性研究煤氧化過(guò)程中的特性變化，得出不同自燃性煤自燃氧化特征，把煤自燃氧化特性影響因素與其自燃性聯(lián)系起來(lái)，可以更好地為深入研究煤自燃氧化特性和制定煤礦防滅火措施提供了理論指導(dǎo)。

1 實(shí)驗(yàn)過(guò)程

1.1 煤樣選制和自燃性判定

按煤巖樣品采取方法(GB/T1922-2003)和煤樣制備國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)(GB474-1996)對(duì)銅川下石節(jié)煤礦、大同國(guó)投塔山礦、晉城王臺(tái)鋪的煤樣進(jìn)行了采取、制備和保存。實(shí)驗(yàn)前，選取大塊煤樣中煤芯粉碎，并對(duì)全部粉碎的煤樣進(jìn)行篩選，選取0.18 mm～0.45 mm的煤樣為測(cè)試樣，放入密封瓶中待用。同時(shí)根據(jù)《煤自燃傾向性的氧化動(dòng)力學(xué)測(cè)試方法》[14,15]進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，得出三種煤樣的自燃性，分別為易自燃(銅川煤樣)、自燃(大同煤樣)、不易自燃(晉城煤樣)

1.2 程序升溫實(shí)驗(yàn)

將50g測(cè)試煤樣裝入煤自燃特性測(cè)試裝置的煤樣罐中，煤樣上方均勻放入一層石棉，對(duì)氣體進(jìn)行過(guò)濾防止堵塞氣路，然后將煤樣罐放入可程序升溫的控溫箱中，設(shè)置干空氣流量60 ml/min。實(shí)驗(yàn)開始時(shí)，控溫箱保持在40℃恒溫運(yùn)行，同時(shí)開啟數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)對(duì)煤溫及其它參數(shù)進(jìn)行采集。待煤溫升到40℃時(shí)，控溫箱以0.8℃/min開始程序升溫。在實(shí)驗(yàn)溫度35℃～260℃間，利用氣體分析儀檢測(cè)煤樣罐出口氣體，并采集數(shù)據(jù)。

1.3 熱重分析實(shí)驗(yàn)

通過(guò)實(shí)驗(yàn)室熱重氧化試驗(yàn)儀器(STA449C熱分析儀)，采用低溫慢，高溫快的升溫特性對(duì)煤樣加熱，即在30℃～300℃和300℃～800℃的范圍內(nèi)，升溫速率分別設(shè)定為5℃/min和10℃/min。同時(shí)測(cè)試煤樣質(zhì)量20 mg，粒徑0.18 mm～0.45 mm，干空氣流量50 ml/min，保護(hù)氣流量25 ml/min，可得到三種煤樣升溫燃燒過(guò)程中TG和DSC變化曲線。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果和分析

2.1 單一氣體分析

實(shí)驗(yàn)分別測(cè)定了不同溫度下各煤樣發(fā)生氧化和裂解反應(yīng)生成的氣體。隨溫度的升高，各煤樣氣體生成量與煤溫均呈現(xiàn)出相應(yīng)的變化。對(duì)各煤樣氧化產(chǎn)生的CO、CO2、C2H4及耗氧量與煤溫的關(guān)系，做出不同自燃性煤氧化生成氣體的表觀分析如圖1所示。

1)CO、CO2生成量與溫度的關(guān)系。由圖1(a)可見，CO生成量隨著溫度的升高逐漸增加。在同樣氣流條件下，CO生成量為銅川>大同>晉城煤樣。從室溫到100℃，CO量小且增長(zhǎng)緩慢，之后呈現(xiàn)出快速增加的趨勢(shì)。其中三種煤樣CO生成量急劇增加的拐點(diǎn)溫度分別是90℃、110℃、140℃。當(dāng)煤溫超過(guò)拐點(diǎn)溫度，煤氧化反應(yīng)強(qiáng)烈，CO增長(zhǎng)極快[16,17]。圖1(b)所示，銅川和大同煤樣CO2生成量隨溫度的升高近似呈指數(shù)增長(zhǎng)，而晉城煤樣低溫階段，CO2迅速增長(zhǎng)且明顯快于前兩種煤樣，是由于該煤樣隨溫度升高快速解吸體內(nèi)吸附的大量CO2所致。隨后90℃～140℃，解吸作用的減弱，CO2量減少直至最低，之后回歸正常增長(zhǎng)階段。

2)耗氧量與溫度關(guān)系。由圖1(c)可見，對(duì)于不同自燃性煤，出口O2濃度與耗氧量隨溫度的變化明顯不同。銅川和大同煤樣氧化實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，出口氧氣濃度隨溫度升高快速減少，耗氧量迅速增加，且氧化前期銅川煤樣耗氧量明顯大于大同煤樣，但從210℃左右，兩煤樣耗氧量出現(xiàn)交叉。晉城煤樣耗氧量先是增加，在90℃～140℃階段緩慢減少，此溫段與圖1(b)CO2減少相吻合，同時(shí)相比前兩種煤樣其氧化反應(yīng)較緩慢。之后煤溫升高，耗氧量逐漸增加。其中三種煤樣出口氧氣濃度低于3%的溫度分別為180℃、200℃、250℃，可見煤的自燃性越高，貧氧化反應(yīng)將從高溫向低溫移動(dòng)。

3)C2H4生成量與溫度的關(guān)系。通過(guò)圖1(d)可知，實(shí)驗(yàn)初期檢測(cè)出微量C2H4氣體，是煤的解吸作用。三種煤樣出現(xiàn)C2H4的溫度分別為90℃、110℃、140℃左右，之后前兩種煤樣C2H4快速增長(zhǎng)，而晉城煤樣卻增長(zhǎng)緩慢，可見煤的自燃性影響著其C2H4生成量和增長(zhǎng)速率。同時(shí)可根據(jù)各煤樣出現(xiàn)C2H4所對(duì)應(yīng)的溫度，把C2H4氣體作為煤從低溫向高溫發(fā)生轉(zhuǎn)變的定性敏感指標(biāo)。

煤的有機(jī)主體是由帶有各種側(cè)基的縮合芳環(huán)結(jié)構(gòu)單元，以次甲基、次乙基、醚鍵等橋鍵相連組成的一種立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的高聚物。煤低溫氧化階段，煤分子中與芳香環(huán)相連接的邊緣醛基、次甲基醚鍵，甲氧鍵和橋鍵與氧氣發(fā)生反應(yīng)生成CO、CO2；煤的高溫氧化階段，煤分子中的各有機(jī)結(jié)構(gòu)均會(huì)發(fā)生不同程度地干餾、斷裂和裂解，并與氧發(fā)生反應(yīng)生成C2H4等烯烴類氣體。

圖1 各煤樣單一氣體變化曲線圖Fig.1 Single gas curve diagram of three coal samples

2.2 耗氧率和CO、CO2和C2H4產(chǎn)生率分析

2.2.1 耗氧速率

圖2 三種煤樣的耗氧速率Fig.2 Oxygen consumption rate of three coal samples

(1)

由圖2可看出，各煤樣隨溫度升高，耗氧速率逐漸增大。低溫氧化階段，各煤樣耗氧率小且增長(zhǎng)慢，之后煤溫升高氧化加快，耗氧速率快速增大[19]，其中三種煤樣耗氧速率急劇上升的拐點(diǎn)溫度分別為90℃、110℃、140℃，且氧化前期銅川煤樣耗氧速率明顯快于后兩種煤樣，且晉城煤樣在實(shí)驗(yàn)溫度范圍，其耗氧率保持在較小值內(nèi)。同時(shí)從上面分析可得，

CO生成量和耗氧速率急劇上升的拐點(diǎn)溫度與出現(xiàn)C2H4所對(duì)應(yīng)的溫度相同，且不同煤樣拐點(diǎn)溫度不同，拐點(diǎn)溫度越高，表明煤初期氧化能力越弱。

2.2.2 CO、CO2、C2H4產(chǎn)生率

隨著煤氧復(fù)合反應(yīng)的進(jìn)行，煤溫升高，耗氧量逐漸增大，CO、CO2和C2H4生成量逐漸增多。假設(shè)CO、CO2、C2H4產(chǎn)生率與氧氣濃度成正比，根據(jù)(1)式可推導(dǎo)出CO、CO2、C2H4產(chǎn)生率[20]計(jì)算式。

(2)

圖3 三種煤樣CO、CO2、C2H4生成速率Fig.3 CO, CO2, C2H4 generation rates of three coal samples

由圖3可知，各煤樣隨溫度的升高，CO、CO2、C2H4產(chǎn)生率具有明顯的階段性。從圖3(a)中可看出，實(shí)驗(yàn)開始時(shí)，溫度低CO產(chǎn)生率小，之后煤溫升高，氧化反應(yīng)加快，各煤樣CO產(chǎn)生率開始逐漸快速增大。當(dāng)三種煤樣的溫度分別到達(dá)167℃、186℃、225℃時(shí)，CO產(chǎn)生率達(dá)到最大，且CO最大產(chǎn)生率隨煤自燃性的減弱依次增大。圖3(b)中CO2與CO產(chǎn)生率具有相似的規(guī)律性。其中前兩種煤樣CO2產(chǎn)生率隨溫度的升高逐漸增大，而晉城煤樣由于解吸作用，CO2產(chǎn)生率經(jīng)歷先快速增加又迅速減少的過(guò)程，之后回歸正常變化。當(dāng)各煤樣的溫度分別到達(dá)167℃、186℃、225℃時(shí)，CO2產(chǎn)生率達(dá)到最大，且隨著煤自燃性的增強(qiáng)，CO2最大產(chǎn)生率依次降低。圖3(c)中各煤樣從開始出現(xiàn)C2H4，到其溫度分別達(dá)到180℃、210℃、240℃時(shí)，C2H4產(chǎn)生率隨溫度的升高逐漸增大直至達(dá)到最大值。

結(jié)合圖3可得，三種煤樣各自第一段氣體CO和CO2最大產(chǎn)生率所對(duì)應(yīng)的溫度相同，CO2產(chǎn)生率明顯快于CO，且最大CO和CO2產(chǎn)生率均隨著煤自燃性減弱逐漸增大。同時(shí)此溫度點(diǎn)，煤已進(jìn)入加速氧化狀態(tài)，煤分子中的各結(jié)構(gòu)均發(fā)生不同程度地?cái)嗔?、裂解與裂化。當(dāng)?shù)诙螝怏wC2H4產(chǎn)生率達(dá)到最大時(shí)，煤開始進(jìn)入深度氧化狀態(tài)，煤分子中稠環(huán)化合物和芳環(huán)結(jié)構(gòu)開始氧化。

2.3 復(fù)合氣體分析

礦井風(fēng)量等環(huán)境因素的變化對(duì)單一氣體有較大影響。為了消除環(huán)境因素的影響，使得氣體指標(biāo)預(yù)測(cè)更加準(zhǔn)確，常采用復(fù)合指標(biāo)氣體。就對(duì)各煤樣復(fù)合氣體CO/ΔO2、CO/CO2進(jìn)行分析。

1)CO/ΔO2：煤礦井下CO一般為煤氧化自燃產(chǎn)生，受其他環(huán)境因素影響較小，且ΔO2的應(yīng)用減少了風(fēng)流的影響，因此預(yù)測(cè)井下煤自燃的準(zhǔn)確度較高。由圖4(a)可見，銅川煤樣CO/ΔO2隨溫度升高逐漸增大，而大同和晉城煤樣自燃性不高，低溫耗氧量少且體內(nèi)吸附少量CO，溫度升高發(fā)生解吸，即低溫階段CO/ΔO2較大，之后解吸減弱與耗氧量增加，CO/ΔO2快速減少。當(dāng)兩種煤樣的溫度達(dá)到80℃時(shí)，CO/ΔO2達(dá)到最小，且此溫度為銅川煤樣CO/ΔO2急劇上升的拐點(diǎn)。之后煤溫升高，CO量迅速增多，各煤樣CO/ΔO2快速增大。

2)CO/CO2：井下風(fēng)流過(guò)大時(shí)仍會(huì)對(duì)CO/ΔO2產(chǎn)生影響，而CO/CO2基本不受風(fēng)流、瓦斯和其他因素的影響。由圖4(b)可見，各煤樣從剛開始實(shí)驗(yàn)，CO/CO2有一段降低過(guò)程，主要因?yàn)楦髅簶拥慕馕饔?，且此時(shí)氧氣濃度充足，富氧氧化發(fā)熱，同時(shí)CO生成量較少。當(dāng)各煤樣的溫度達(dá)到80℃時(shí)，CO/CO2達(dá)到最小。之后隨著氧氣的消耗，CO增多，CO/CO2開始逐漸增大，直至實(shí)驗(yàn)最后保持相對(duì)穩(wěn)定。

通過(guò)對(duì)復(fù)合氣體CO/ΔO2和CO/CO2變化曲線的分析，當(dāng)三種煤樣溫度超過(guò)80℃時(shí)，兩組指標(biāo)均開始迅速增大，表明煤的氧化加快。所以對(duì)于不同自燃性煤氧化過(guò)程中，可把CO/ΔO2和CO/CO2作為煤氧化加快的定性敏感指標(biāo)。

圖4 三種煤樣的復(fù)合氣體指標(biāo)曲線Fig.4 The complex gas index curve of three coal samples

3 TG-DSC實(shí)驗(yàn)

由圖5可知，隨著煤自燃性的增強(qiáng)，TG曲線有所前移，向低溫區(qū)靠近，達(dá)到燃盡時(shí)的溫度降低，表明煤氧化著火反應(yīng)時(shí)間縮短，自燃著火越容易。從各煤樣TG和DTG曲線中可看出，煤氧化燃燒過(guò)程可分為5個(gè)階段，即失水失重階段，過(guò)渡穩(wěn)定階段，氧化增重階段、著火燃燒階段和燃盡階段，其中過(guò)渡穩(wěn)定階段，是指經(jīng)失水干燥后的煤吸附氧氣與升溫氧化失重相平衡，且自燃性越弱的煤，該階段持續(xù)時(shí)間越長(zhǎng)。之后氧化加快，煤吸附大量氧氣并進(jìn)行復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)，生成過(guò)渡中間絡(luò)合物，質(zhì)量開始增加，進(jìn)入氧化增重階段。各煤樣由于結(jié)構(gòu)不同，此階段吸氧量有著明顯的差異，如表1所示。

圖5 三種煤樣熱重程序升溫下煤氧化燃燒過(guò)程Fig.5 The oxidation combustion process of three coals under TG-DSC tests

同時(shí)，煤氧化燃燒過(guò)程對(duì)應(yīng)4個(gè)階段性特征溫度，分別為從加熱失重到轉(zhuǎn)變?yōu)檫^(guò)渡態(tài)的失水結(jié)束溫度T1，從過(guò)渡穩(wěn)態(tài)到增重態(tài)的活性溫度T2，從增重態(tài)轉(zhuǎn)化為燃燒失重態(tài)的著火溫度T3和燃燒結(jié)束溫度T4。三種煤樣各階段特征溫度大小見表1。由表1可知，各煤樣失去水分后，T2、T3和T4均隨自燃性的減弱而升高。

從三種煤樣DSC曲線中可看出，一般低溫氧化30℃～60℃間，煤的吸熱量逐漸增大，此階段主要是煤與氧氣發(fā)生物理化學(xué)吸附熱，之后煤溫升高，吸熱量逐漸減少直至放熱。同時(shí)，三種煤樣初始放熱溫度和最大放熱峰溫不同，自燃性越弱，該溫度越高，表明其氧化難度增大，且在整個(gè)氧化燃燒過(guò)程中，銅川煤樣總放熱量最大，其次為晉城和大同煤樣。

表1 三種煤樣氧化燃燒過(guò)程中特征參數(shù)

4 結(jié)論

通過(guò)對(duì)3種不同自燃性煤進(jìn)行自燃氧化實(shí)驗(yàn)，分析了各煤樣自燃氧化過(guò)程中特征參數(shù)變化規(guī)律，可得以下結(jié)論：

1)各煤樣CO生成量和耗氧速率急劇上升的拐點(diǎn)溫度與出現(xiàn)C2H4氣體所對(duì)應(yīng)的溫度相同，分別為90℃、110℃、140℃。其溫度越高，表明煤的初期氧化能力弱。

2)CO、CO2、C2H4的產(chǎn)生率具有明顯階段性，其中CO和CO2最大產(chǎn)生率所對(duì)應(yīng)的溫度相同，且隨著煤自燃性的減弱，CO和CO2最大產(chǎn)生率依次增大，三種氣體最大產(chǎn)生率所對(duì)應(yīng)的溫度逐漸升高。同時(shí)，當(dāng)CO、CO2產(chǎn)生率達(dá)到最大時(shí)，煤已進(jìn)入加速氧化狀態(tài)；C2H4產(chǎn)生率達(dá)到最大時(shí)，煤開始進(jìn)入深度氧化狀態(tài)。

3)當(dāng)煤溫超過(guò)80℃時(shí)，兩組指標(biāo)CO/ΔO2和CO/CO2均迅速增大，表明煤氧化加快。所以對(duì)于不同自燃性煤氧化過(guò)程中，可把CO/ΔO2和CO/CO2作為煤氧化加快轉(zhuǎn)變的定性敏感指標(biāo)。

4)煤氧化燃燒過(guò)程中的過(guò)渡穩(wěn)定階段指煤的質(zhì)量保持穩(wěn)定，是失重到增重的過(guò)渡態(tài)。且煤失水后的過(guò)渡穩(wěn)定、氧化增重和著火燃燒階段，自燃性越弱的煤，持續(xù)時(shí)間越長(zhǎng)，對(duì)應(yīng)于T2、T3和T4越高。

[1] 陸偉, 等. 絕熱氧化法研究煤的自燃特性[J]. 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào), 2005, 34(2): 213-217.

[2] 譚波, 等. 煤的絕熱氧化階段特征及自燃臨界點(diǎn)預(yù)測(cè)模型[J]. 煤炭學(xué)報(bào), 2013, 38(1): 38-43.

[3] 何萍, 等. 煤氧化過(guò)程中氣體的形成特征與煤自燃指標(biāo)氣體選擇煤自燃指標(biāo)氣體選擇[J]. 煤炭學(xué)報(bào), 1994, 19(6): 635-642.

[4] 謝振華, 等. 程序升溫條件下煤炭自燃特性[J]. 北京科技大學(xué)學(xué)報(bào), 2003, 25(1): 12-14.

[5] 仲曉星, 等. 基于程序升溫的煤自燃臨界溫度測(cè)試方法[J]. 煤炭學(xué)報(bào), 2010, 35(增): 128-131.

[6] 吳曉光, 等. 程序升溫條件下煤的自燃特性研究[J]. 煤礦安全, 2005, 36(7): 4-6．

[7] 張辛亥, 李青蔚. 預(yù)氧化煤自燃特性試驗(yàn)研究[J]. 煤炭科學(xué)技術(shù), 2014, 42(11): 37-40.

[8] 路長(zhǎng), 等. 煤的受熱升溫過(guò)程及厚度與粒度的影響[J]. 火災(zāi)科學(xué), 2008, 17(3): 186-193.

[9] 彭偉, 等. 煤炭自燃指標(biāo)性氣體確定的實(shí)驗(yàn)研究[J]. 中國(guó)安全生產(chǎn)科學(xué)技術(shù), 2010, 6(6): 140-144.

[10] 王繼仁, 等. 煤的自燃傾向性新分類方法[J]. 煤炭學(xué)報(bào), 2008, 33(1): 47-50.

[11] 朱紅青, 等. 升溫速率和氧濃度對(duì)煤表觀活化能的影響[J]. 煤炭科學(xué)技術(shù), 2015, 43(11): 49-53.

[12] Dai CS, et al. Study on the pyrolysis kinetics of blended coal in the fluidized-bed reactor[J]. Procedia Engineering, 2015, 102: 1736-1741.

[13] Nimaje DS, Tripathy DP. Characterization of some indian coals to assess their liability to spontaneous combustion[J]. Fuel, 2016, 163: 139-147.

[14] AQ/T1068-2008, 煤自燃傾向性的氧化動(dòng)力學(xué)測(cè)試方法[S].

[15] 王德明. 礦井火災(zāi)學(xué)[M]. 徐州: 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)出版社, 2008．

[16] 顧俊杰, 等. 基于失碳速率的煤氧化動(dòng)力學(xué)模型研究[J]. 火災(zāi)科學(xué), 2009, 18(3): 138-142.

[17] 賈海林, 等. 礦井氣體CO成因類型及機(jī)理辨識(shí)分析[J]. 煤炭學(xué)報(bào), 2013, 38(10): 1812-1818.

[18] 文虎, 等. 煤自燃性測(cè)試技術(shù)及數(shù)值分析[J]. 北京科技大學(xué)學(xué)報(bào), 2001, 23(6): 499-501．

[19] Nugroho YS, McIntosh AC. Low temperature oxidation of single and blended coals[J]. Fuel, 2000, 79(15): 1951-1961.

[20] 鄧軍, 等. 煤自燃性參數(shù)的測(cè)試與應(yīng)用[J]. 燃料化學(xué)學(xué)報(bào), 2001, 29(6): 553-556.

Experimental study on oxidation characteristics of coal with different spontaneous combustion tendency

YU Minggao1,2, YUAN Zhuang1, CHU Tingxiang1,2, GUO Pinkun1, ZHENG Kai1

(1. State Key Laboratory of Coal Mine Disaster Dynamics Control, Chongqing University, Chongqing 400030, China; 2. School of Safety Science Engineering Henan Polytechnic University, Jiaozuo 454003, China)

This paper intends to study the combustion characteristics of coals with different spontaneous combustion tendency. The oxidation characteristics of three coals were investigated by a coal oxidation kinetics testing system. The results show that with the increase of spontaneous combustion tendency, the generation amount of single gas, oxygen consumption and oxygen consumption rate all increased. The temperature inflections for the sharp increase of CO and oxygen consumption were same as the temperature for the generation of C2H4. The CO, CO2and C2H4generation rate had featured stages, and CO and CO2involved the same maximum production rate temperature. The two indexes CO/ΔO2, CO/CO2will increase rapidly when coals temperature was over 80℃, indicating that the degree of oxidation reaction was enhanced. Meanwhile, the process of coal oxidation combustion could be divided into five phases, with the corresponding four characteristic temperatures. The transition stability phase indicated coal quality remained stable, and it is the transition state of evaporated alleviative to the weight incremental. In addition, there was a significant difference in the duration of each stage and the characteristic temperatures of coals with difference spontaneous combustion tendency.

Spontaneous combustion tendency; Oxidation characteristic; Single gas; Complex gas; Thermal gravimetric analysis

1004-5309(2016)-00119-08

10.3969/j.issn.1004-5309.2016.03.01

2016-01-06；修改日期：2016-04-15

國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(U1361205, 51404090, 51574111)；煤礦災(zāi)害動(dòng)力學(xué)與控制國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室自主研究課題重點(diǎn)項(xiàng)目(2011DA105287-ZD201401)。

余明高(1963-), 男，重慶大學(xué)資源及環(huán)境科學(xué)學(xué)院安全工程系教授，博士生導(dǎo)師，主要從事火災(zāi)防治理論與技術(shù)方面的教學(xué)與科研工作。

余明高，E-mail: mg_yu@126.com

X936;X932

A