不同温度和吸附压力下含瓦斯煤自燃微观分形特征
李振榕1
田富超1
王刚2
谭波3
秦玉金4
1.中煤科工集团沈阳研究院有限公司煤矿灾害防控全国重点实验室,辽宁抚顺 113122;中国矿业大学(北京)应急管理与安全工程学院,北京 1000832.中煤科工集团沈阳研究院有限公司煤矿灾害防控全国重点实验室,辽宁抚顺 1131223.中国矿业大学(北京)应急管理与安全工程学院,北京 1000834.青岛理工大学机械与汽车工程学院,山东 青岛 266525
摘要：采空区瓦斯与煤自燃复合灾害日趋成为制约矿井安全生产的主要灾害模式,为研究瓦斯与煤自燃复合灾害致灾机理,通过低温液氮吸附、扫描电镜和TG-FTIR测试方法开展不同CH4 吸附压力下煤低温氧化微观结构及热分析测试试验,并基于分形理论建立孔隙分形计算模型,探究吸附态CH4 对煤孔隙结构和热稳定性的影响.结果表明:吸附态CH4 抑制氧化对微孔的热损伤破坏,因此相较于以中、大孔为主的原煤,含瓦斯煤存在大量微孔,且孔隙形态发生变化;随着吸附压力的升高,失水脱附阶段煤样质量损失分别为 4％、2.9％、3.2％和 3.2％,CH4 占据煤氧反应吸附位点导致参与氧化反应的化合物减少,氧化增重阶段参与氧化反应的活性物质减少,煤样氧化增重分别为0.67％、0.41％和 0.31％,并且含瓦斯煤自燃各阶段的特征温度点随着吸附压力升高而滞后;构建了基于孔径分布及CH4 吸附/解吸过程的分形模型,低CH4 压力氧化前期煤表面形态不均一化增大,煤表面吸附气体能力升高,发生氧化反应的可能性增大,煤自燃风险增加,低瓦斯抑制煤自燃的能力较弱,且与原生孔隙的比表面积相关.研究成果探究了不同残余瓦斯含量对煤自燃特性的影响,进一步验证了不同吸附压力、温度下含瓦斯煤竞争吸附-解吸-氧化全过程连续物理模拟平台的准确性,为采空区复合灾害环境下瓦斯与火耦合灾害防治提供了基础支撑.
关键词：含瓦斯煤低温氧化微观结构热重-红外联用分形特征
分类号：TD712(矿山安全与劳动保护)TD752.2(矿山安全与劳动保护)
资助基金：国家自然科学基金(52174230)国家自然科学基金(52174229)辽宁省自然科学基金资助项目(2023-MS-355)
论文发表日期：2025-05-30
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：20( 213-232 )
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