煤低温吸氧特性实验研究

论文摘要

我国煤炭资源丰富,但煤层自然发火十分严重,由自燃引起的矿井火灾严重威胁着煤矿企业的安全生产,研究煤自燃理论具有重要的实际意义。煤自燃首先要煤氧接触,发生物理吸附氧,进而发生化学吸附和化学反应,产生热量引起煤体升温,最终导致煤自燃。物理吸附是煤氧复合反应的第一阶段,因此研究煤低温吸氧特性对于研究煤的自燃理论具有十分重要的意义。本文以煤分子结构、氧分子结构模型研究为基础,分析了煤物理吸附氧的机理,得出煤氧接触的过程中,煤分子的非芳香结构首先遭到破坏,非芳香结构中的某些烷基侧链、桥键和含氧官能团是煤与氧发生反应放出热量的导因。利用工业分析、元素分析、孔隙结构分析、电镜扫描、真密度测定以及红外光谱等实验,研究了18个不同地区煤样的物理化学特性。在此基础上,利用ZRJ-1煤自燃性测定仪,运用煤氧吸附过程分析法,研究了不同实验条件下煤吸附氧过程的特征曲线,得出不同变质程度、不同粒度、不同温度和不同氧浓度条件对煤氧吸附规律的影响。最后结合煤物理化学特性实验,分析探讨了煤质特征、变质程度、孔隙率、官能团等内部因素对煤吸附氧特性的影响。本论文的研究成果进一步揭示了煤氧吸附机理,为研究煤自燃机理、开发定量评价、预测和阻化煤自燃的技术奠定了一定的理论基础。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 选题背景及意义
• 1.1.1 选题背景
• 1.1.2 研究意义
• 1.2 国内外研究现状及发展趋势
• 1.2.1 煤自燃发火机理研究现状
• 1.2.2 吸附研究现状
• 1.2.3 煤吸附氧的研究现状
• 1.3 研究内容及目标
• 1.3.1 研究内容
• 1.3.2 研究目标
• 1.3.3 研究方案
• 1.3.4 技术路线
• 1.4 本章小结
• 2 煤氧吸附机理
• 2.1 煤分子的结构特性
• 2.1.1 煤基本结构单元中的边缘基团
• 2.1.2 基本结构单元的主体结构
• 2.1.3 煤分子的交联键
• 2.1.4 煤分子中的低分子化合物
• 2.1.5 自燃煤的表面分子结构
• 2.2 氧分子结构特性
• 2.3 煤表面分子的活性基团
• 2.3.1 类似有机结构的氧化特性
• 2.3.2 煤表面分子的活性基团
• 2.4 煤对氧分子的物理吸附
• 2.4.1 对单氧分子的吸附
• 2.4.2 对两个氧分子的吸附
• 2.4.3 对多个氧分子的吸附
• 2.5 小结
• 3 煤的物理化学特性实验分析
• 3.1 工业分析实验及分析
• 3.1.1 煤的水分分析
• 3.1.2 煤的灰分
• 3.1.3 煤的挥发分
• 3.1.4 煤的固定碳含量
• 3.1.5 煤的工业分析实验结果
• 3.2 煤样元素分析实验及分析
• 3.2.1 元素分析实验原理
• 3.2.2 元素分析实验结果
• 3.3 煤的孔隙结构及表面性质测定
• 3.3.1 煤样孔隙结构测定实验
• 3.3.2 煤样孔隙结构测定实验结果
• 3.4 扫描电镜分析
• 3.4.1 实验
• 3.4.2 实验结果与分析
• 3.5 真密度测定
• 3.5.1 真密度实验
• 3.5.2 实验结果
• 3.6 红外光谱实验分析
• 3.6.1 红外光谱实验
• 3.6.2 实验结果分析
• 3.7 本章小结
• 4 煤吸附氧的影响分析
• 4.1 煤吸附氧实验
• 4.1.1 实验仪器及原理
• 4.1.2 煤样制备
• 4.1.3 实验步骤
• 4.1.4 实验设计及条件
• 4.1.5 吸氧量的计算
• 4.1.6 过程分析法介绍
• 4.2 外部因素对煤吸附氧的影响
• 4.2.1 粒度对煤吸附氧的影响
• 4.2.2 温度对煤吸附氧气的影响
• 4.2.3 氧气浓度对煤吸附氧气的影响
• 4.3 煤的内在因素对煤吸附氧的影响
• 4.3.1 煤的变质程度对煤吸附氧的影响
• 4.3.2 煤的组成对煤吸附氧的影响
• 4.3.3 孔隙率对煤吸附氧的影响
• 4.3.4 官能团对煤吸附氧的影响
• 4.3.5 过程分析法分析煤吸附氧的影响
• 4.4 本章小结
• 5 结论
• 5.1 主要结论
• 5.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录