煤中水分作用于煤自燃反应过程的原子尺度表征
张童1
张鑫1
张玉龙2
尹海1
杨建敏1
陈国伟1
1.中煤昔阳能源有限公司黄岩汇煤矿,山西 晋中 0453002.太原理工大学 安全与应急管理工程学院,山西 太原 030024
摘要：为了探讨煤中水分作用于煤自燃过程的反应机制,创新性地引入同位素标记方法,利用元素示踪原理探讨水分子中各元素的迁移转化规律.将实验煤样用3 种同位素水(蒸馏水、D2O、H218O)进行浸泡、干燥、浸泡等一系列过程处理,得到同位素标记的不同形态水分煤样.通过程序升温氧化实验模拟煤自燃反应过程,利用气相色谱仪测定气体产物体积,同时借助于在线质谱仪测定同位素原子参与生成各类气体的离子流强度,研究水分子中H、O原子作用于气体生成的迁移规律和生成机制.在煤自燃气相产物中检测到了C18 O2、C18O和CH3D等同位素气体,说明水分子中H、O原子可以直接参与煤自燃反应过程.煤中不同形态水分在煤自燃反应不同阶段发挥作用:外在水分在煤自燃反应缓慢氧化阶段初期开始参与反应,在快速氧化阶段后期作用减弱;内在水分在煤自燃反应的加速氧化阶段与快速氧化阶段参与反应,在140℃左右作用效果最强.水分子中H与O原子在煤自燃反应过程中参与方式不同,H原子会与煤分子中甲基类自由基反应生成CH3 D,而O原子可以参与到含羰基类化合物的生成.
关键词：同位素水分煤自燃原子尺度反应机制
分类号：TD752(矿山安全与劳动保护)
资助基金：国家自然科学基金(51704207)山西省基础研究计划项目(202103021224089)
论文发表日期：2023-10-10
在线出版日期：2025-08-15（本平台首次上网日期，不代表文献的发表时间）
页数：7( 56-62 )
英文信息