煤微觀孔隙結(jié)構(gòu)特征與自燃特性的相關(guān)性研究.pdf

1、我國(guó)是產(chǎn)煤、用煤大國(guó)，同時(shí)也是煤自燃災(zāi)害頻發(fā)國(guó)家，煤自燃導(dǎo)致大量資源浪費(fèi)、環(huán)境污染并且威脅礦井安全生產(chǎn)。由于影響煤自燃因素眾多且煤自燃是復(fù)雜的動(dòng)態(tài)過程，人們至今還不能夠完全闡明煤自燃的機(jī)理。為了了解不同變質(zhì)程度煤自燃特性與其內(nèi)部孔隙結(jié)構(gòu)特征的關(guān)系，本文以六種不同變質(zhì)程度煤為研究對(duì)象，采用實(shí)驗(yàn)研究與理論分析的方法，對(duì)不同變質(zhì)程度煤微觀孔隙結(jié)構(gòu)與宏觀自燃特性進(jìn)行相關(guān)性研究，有助于深入了解煤炭自燃的過程。
　　利用同步輻射X射線相襯顯微

2、CT實(shí)驗(yàn)和低溫氮?dú)馕綄?shí)驗(yàn)對(duì)不同煤級(jí)煤內(nèi)部孔隙參數(shù)進(jìn)行測(cè)定，對(duì)兩實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)匯總得到各孔隙參數(shù)隨變質(zhì)程度的變化規(guī)律。煤體內(nèi)部孔隙形態(tài)多樣且不規(guī)則，孔隙結(jié)構(gòu)空間上以雪花片狀連接成網(wǎng)，內(nèi)部鏤空，變質(zhì)程度不同煤孔隙連通度差異明顯;孔隙總體積隨變質(zhì)程度呈“高-低-高”凹形曲線變化，中等煙煤處為最低值，褐煤體積最大，大、中孔體積占低變質(zhì)程度煤的主要部分，中等變質(zhì)程度煤各孔徑段體積分布相對(duì)均勻，而在高煤級(jí)階段，微孔貢獻(xiàn)量最大;煤在低-中變質(zhì)階段比表面積

3、變化不大，中-高變質(zhì)階段比表面積快速增大，各煤種微孔、小孔比表面積占到總表面積的99％以上;平均孔徑與煤級(jí)呈冪函數(shù)相關(guān)，隨煤級(jí)升高平均孔徑變小。對(duì)煤中孔隙結(jié)構(gòu)進(jìn)行分階段分形研究得到，煤中孔隙(＞5.8nm)具有明顯的分形特征，按不同階段孔隙體積百分比，得出基于同步顯微CT實(shí)驗(yàn)和低溫氮?dú)馕綄?shí)驗(yàn)的煤孔隙綜合分形維數(shù)D與煤變質(zhì)程度呈“高-低-高”凹形曲線變化趨勢(shì)。
　　通過動(dòng)態(tài)色譜吸氧實(shí)驗(yàn)與煤自燃相似模擬實(shí)驗(yàn)，研究了不同變質(zhì)程度煤自燃

4、特性。煤級(jí)與吸氧量呈凹形曲線相關(guān)，SH＞XM＞SD＞XS＞PS＞ZZ。低溫氧化過程中隨著煤溫增高氧氣濃度整體呈下降趨勢(shì)，低變質(zhì)程度煤氧氣快速下降拐點(diǎn)溫度低于高變質(zhì)程度煤，各煤樣耗氧速率隨溫度增加呈指數(shù)關(guān)系增大，在相同溫度下，低變質(zhì)程度煤耗氧速率大于高變質(zhì)程度煤;交叉點(diǎn)溫度隨變質(zhì)程度增高呈線性增大趨勢(shì);煤自燃氧化動(dòng)力學(xué)綜合指數(shù)與變質(zhì)程度同樣呈正向線性相關(guān);綜合上述參數(shù)得，煤化程度越低，煤自燃氧化能力越強(qiáng)。
　　對(duì)不同煤化程度煤孔隙結(jié)

5、構(gòu)特征與自燃特性進(jìn)行相關(guān)性研究得，孔隙結(jié)構(gòu)對(duì)煤吸附氧氣能力起決定作用。綜合分形維數(shù)與吸氧量呈正向相關(guān)，并且在低-中煤化階段，孔隙體積對(duì)吸氧量起主導(dǎo)作用，吸氧量隨孔隙體積增大而增大，在中-高煤化階段，比表面積對(duì)吸氧量起主導(dǎo)作用,孔隙比表面積越大煤體吸氧量越大。煤孔隙結(jié)構(gòu)對(duì)煤氧化能力有一定影響，呈現(xiàn)出關(guān)系相反的兩階段性，在低-中煤化階段，氧化動(dòng)力學(xué)綜合判定指數(shù)隨孔隙體積、分形維數(shù)增大而減小，氧化能力變強(qiáng)，易于自燃;在中-高煤化階段，與低-中