一氧化碳作为煤炭早期自然发火的标志气体已经得到认可。但是近年来,国内外许多中低变质程度的矿井发现一氧化碳浓度超标的现象,并采取了大量的预防措施,但最终未发生自然发火,对企业造成了大量不必要的经济损失,妨碍了安全生产的正常运行。针对开滦集团公司的东欢坨矿业公司、崔家寨矿业公司等CO浓度超标的现象,在4个煤矿的不同煤层和不同地点采集了22个典型煤样,进行了煤的工业分析、元素分析、煤岩分析,在此基础上测定了煤样的孔隙结构以及不同温度、不同压力下CO在煤层中的吸附量及常温常压下的扩散量,并对煤样进行了煤岩分离,测定了煤的显微组分在不同温度不同压力下的吸附数据及常温常压下的扩散数据。对实验数据进行了分析,研究结果表明:在T≤50℃时,CO在煤层中的吸附模型符合Langmuir单分子层吸附,而在T>50℃时,不再遵循Langmuir吸附模型,吸附量与压力之间成线性增加的关系;CO在煤层中的扩散模式主要为knudsen扩散及过渡型扩散。惰质组对CO的吸附量及扩散量均比镜质组大,对中低变质程度的煤来说,惰质组对CO在煤层中的吸附-解吸的影响比镜质组大。在煤的孔隙结构中过渡孔、微孔所占比重较大,对CO的吸附-扩散起主导作用,其中吸附量与微孔含量在P=0.8MPa时成凸形曲线关系,在P≥1.6MPa时成正比,随着温度的升高吸附量减少;扩散量与过渡孔含量成正比,与微孔含量成反比;吸附量与煤样的内比表面积成正比、与煤样孔隙率及分形维数成凸形曲线关系;扩散量与煤的内比表面积成凹形曲线的关系,与煤的孔隙率成反比,与分形维数成凸形曲线的关系;扩散量与Aad含量成凸形曲线的关系,与Vdaf含量成正比,与煤中氧含量成凹形曲线关系,与C/H成正比,与镜质组含量成正比,与惰质组含量成凸形曲线关系。应用QM软件对实验数据进行了分析并拟和了CO的吸附量-扩散量与煤样的孔隙结构及主要指标关系的回归方程,为进一步研究CO在煤层中的运移扩散机理提供了理论依据。
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