论文摘要
本论文应用量子化学理论和热重、红外光谱实验等理论与实验相结合的研究方法,建立了煤分子结构模型;研究了煤氧化自燃条件下产生的指标性气体,给出了生成指标性气体的浓度与温度的关系;应用量子化学分子轨道理论研究了煤与氧发生化学反应的活性点;在实验研究的基础上建立了煤的自燃机理理论,并在煤氧化自燃机理研究的基础上提出了用煤的着火活化能判定煤的自燃难易程度;应用神经网络理论,开发了适用的煤炭自然发火期预测系统;划分了神东矿区采煤工作面采空区的自燃危险区域;在理论和实验研究的基础上,提出了防止煤炭自燃的综合防治技术。主要研究内容和研究成果如下:应用红外光谱技术实验研究了神东矿区的13种煤样的煤分子的化学结构,分析了煤分子结构的红外光谱图,建立了煤的分子结构模型。分析煤样氧化自燃生成产物的红外3D光谱图谱,应用量子化学密度泛函(DFT)理论计算方法对构建的煤分子化学基本结构单元进行了优化,得到了分子构型参数和振动频率。将理论计算的频率与红外光谱实验得到的频率进行比较,其结果具有一致性,这说明了所建立的煤分子结构是正确的。应用煤氧化自燃过程中在不同温度条件下红外光谱图官能团的峰面值的变化数据,确定了煤有机大分子侧链基团发生氧化反应的先后顺序,应用实验方法从微观上研究了煤的氧化自燃全过程,建立了煤炭自燃机理理论。使用热重分析仪实验研究了煤氧化自燃过程。定义了煤氧化自燃过程的三个阶段和着火活化能,建立了煤炭自燃倾向性分类的新方法。
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创造性成果声明中文摘要英文摘要1 绪论1.1 论文的主要研究内容1.2 国内外研究现状1.2.1 煤自燃机理研究方面1.2.2 煤的分子结构研究1.2.3 煤自然倾向性鉴定1.2.4 煤自然发火期预测理论1.2.5 自燃危险区域判定理论1.2.6 矿井火灾综合防治研究1.3 论文研究的意义参考文献2 理论和研究方法2.1 研究煤分子的量子化学理论2.1.1 Schr?dinger 方程及近似2.2.2 分子轨道理论2.2 煤的自燃着火理论2.2.1 着火点的判断2.3 氧在散体煤中的运移与吸附理论2.3.1 散体煤颗粒对氧气的吸附2.4 煤氧化反应生成气体的红外光谱研究理论2.5 研究方法2.5.1 研究方法和技术路线2.5.2 研究内容之间的联系参考文献3 煤分子基本结构单元的化学结构研究3.1 煤的化学结构模型3.2 煤分子结构的红外光谱研究3.2.1 红外光谱谱图3.2.2 煤样红外光谱图谱官能团归属3.2.3 基于氧化反应煤分子基本结构单元的化学结构建立3.3 基于氧化反应煤分子化学基本结构单元的量子化学计算3.3.1 计算方法3.3.2 计算结果分析3.3.3 前沿轨道能级与活性的关系研究3.4 结论参考文献4 煤样氧化自燃生成指标性气体研究4.1 煤样燃烧生成气体红外光谱研究4.2 煤样氧化自燃生成标志性气体的浓度与温度关系研究4.2.1 预报模型的建立方法4 气体浓度与温度的关系'>4.2.2 CH4气体浓度与温度的关系4.2.3 CO 气体浓度与温度的关系2H4 气体浓度与温度的关系'>4.2.4 C2H4气体浓度与温度的关系4.3 结论参考文献5 神东矿区煤层自然发火机理研究5.1 热重分析研究煤的氧化自燃过程5.2 煤氧化自燃过程中不同温度下化学结构和官能团的变化规律5.2.1 煤氧化自燃过程中的红外光谱图5.2.2 煤自燃氧化过程中的化学结构和官能团变化规律分析5.3 结论参考文献6 神东矿区煤层煤的自燃倾向性分类新方法研究6.1 化学反应动力学理论6.2 煤样燃烧反应化学动力学研究6.3 神东矿区煤的自燃倾向性分类6.4 结论参考文献7 神东矿区采煤工作面自然发火期预测研究7.1 BP 神经网络及其算法7.2 基于Levenberg-Marquardt 最优化方法的BP 算法——LMBP7.3 QuasiNewton 迭代7.4 煤炭自然发火期预测仿真系统主框架界面7.5 软件的操作方法7.6 预测结果与实际数据比较7.7 结论参考文献8 神东矿区综采工作面采空区“三带”划分8.1 采空区浮煤自燃极限参数8.2 采空区遗煤自燃三带划分及危险区域判定条件8.3 综采工作面“三带“划分8.4 采空区“三带”划分结果8.5 结论参考文献9 神东矿区煤自燃火灾综合防治技术研究9.1 煤层自然发火概况9.2 神东矿区煤层自然发火的综合防治技术9.3 阻化剂选择的实验研究9.3.1 加阻化剂热重实验研究9.3.2 加阻化剂热重实验的化学动力学分析9.4 综采工作面采空区喷洒阻化剂工艺研究9.5 结论参考文献结论与展望科研和论文发表情况致 谢附录
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标签：煤分子结构论文; 煤氧化自燃机理模型论文; 量子化学论文; 自然发火期大样本训练空间论文; 着火活化能论文;
