基于程序升温试验的煤自燃特性及微观机理研究
刘垚1
王福生2
董轩萌1
高东1
1.华北理工大学矿业工程学院,河北唐山 0632102.华北理工大学矿业工程学院,河北唐山 063210;河北省矿业开发与安全技术重点实验室,河北唐山 063210
摘要：针对煤在变氧条件下氧化自燃能力不同这一情况,选取褐煤、气煤、肥煤 3种不同变质程度的煤作为试验样品开展了氧气体积分数为 3%、5%、10%、14%、18%条件下的程序升温-气相色谱试验和基于ReaxFF力场的分子动力学模拟,根据CO、CO2 等的生成规律和路径,探究不同变质程度煤在变氧条件下基团受氧气影响的变化特征.结果表明:煤受温度和氧气影响容易产生CO、CO2等指标气体,且指标气体CO、CO2 呈指数上升趋势,煤的变质程度越低,在相同氧气体积分数条件下产生指标气体的温度就越低.模拟结果显示,变氧条件下煤与氧的反应可能是氧与煤受温度影响产生的活性中间体片段反应,而不是直接攻击煤的主体结构.煤在受温度影响后煤结构基团并不是直接发生改变,而是经历结构调整进行键的扭转、断裂和原子上的转变生成适合与氧气反应的活性中间体片段.变质程度越高的煤分子结构越稳定越不易受温度的影响产生活性中间体片段,通入氧气后氧与活性中间体反应的速度低于煤受温度影响产生活性中间体的速度,所以变氧条件下氧一般是与活性中间体反应生成水、CO等指标气体,而不是直接与煤主体结构反应.综合分析试验结果与模拟结果发现:褐煤在氧气体积分数处于 3%、气煤在氧气体积分数处于 10%～14%、肥煤在氧气体积分数处于 14%～18%时,水和含氧气体的数量相较于其他阶段明显增加,说明在氧含量较低的区间内这3种不同变质程度的煤受氧气影响较大,加速了煤氧化反应进程,煤自燃倾向性高.
关键词：煤自燃ReaxFF力场变氧条件分子结构活性基团
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(51974128)河北省研究生创新资助项目(CXZZBS2022103)
论文发表日期：2024-06-30
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：13( 94-106 )
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