煤自燃特征温度与理化特性参数关联性研究
万成1
张斌斌1
李岱霖2
刘荫2
陈岩峰3
郭军2
武云飞2
1.华亭煤业集团有限责任公司,甘肃 华亭 7441002.西安科技大学 安全科学与工程学院,陕西 西安 710054;西部矿井开采及灾害防治教育部重点实验室,陕西 西安 7100543.甘肃华亭煤电股份有限公司 陈家沟煤矿,甘肃 华亭 744100
摘要：煤自燃特征阶段精细划分是煤火灾害早期预警体系建立的前提,煤的理化特性参数及其变化规律是确定特征温度和划分自燃阶段的关键.为探究煤自燃特征温度与理化特性参数的关联特性,选取甘肃省陈家沟煤矿长焰煤煤样,制备为不同温度(40、60、80、100、120、140、160、180、200℃)的氧化煤,开展了工业分析、扫描电子显微镜测试(SEM)、能量色散X射线光谱分析(EDS)、X射线衍射测试(XRD)、红外光谱分析(FTIR)等试验,研究不同氧化阶段煤样理化特性参数随温度的变化规律,确定陈家沟煤样煤自燃特征温度,结合灰色关联度分析法,进一步明确了关键理化特性参数与煤温的关联程度.结果表明:陈家沟矿煤样自燃进程可根据特征温度划分为临界阶段(40～80℃)、热解阶段(80～120℃)、裂变阶段(140～180℃)3 个阶段;煤的理化结构参数对煤自燃过程中特征温度的变化具有不同的影响方式和效果,煤样中微观基团中羟基与亚甲基对特征温度阶段关联度较高,关联度分别为 0.675 3、0.692 6;在临界、热解阶段煤体表面活性结构与氧气分子发生物理、化学吸附,羟基先与氧气反应蓄热,随着温度升高侧链少量断裂导致亚甲基含量升高,而羟基在不断地消耗中也因其他官能团参与反应不断生成,裂解阶段煤中游离水分蒸发完成,结合水开始蒸发,分子内缔合氢键被加速破坏,煤的孔隙度变大,气体吸附能力增强,各类官能团与氧气反应活性提高,煤自燃进程加快;此外,堆积高度、层片直径与煤堆积的体积、表面形态及稳定性有关,堆积高度、层片直径在煤自燃进程初期与特征温度阶段始终具有较高的关联度(0.668 9).
关键词：煤自燃特征温度理化特性参数微观机制灰色关联度
分类号：TD75+2.2(矿山安全与劳动保护)
资助基金：国家自然科学基金(52174198)国家自然科学基金(52004209)国家自然科学基金(52304251)
论文发表日期：2025-06-20
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：14( 98-111 )
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