地下煤层强制燃烧注气流量对含水煤燃烧动力学的影响
聂百胜
白凯丹
何珩溢
刘鹏
重庆大学煤矿灾害动力学与控制国家重点实验室,重庆 400044;重庆大学资源与安全学院,重庆 400044
摘要：煤层地下原位燃烧取能是未来煤炭资源绿色安全开采的潜在路径.为探究原位含水煤层在不同注气流量下的燃烧特性及动力学特征,以典型含水率(11％～32％)褐煤为研究对象,利用热重-差热扫描量热(TG-DSC)联用技术,分析煤样在燃烧过程中特征温度、综合燃烧性能指数、最大热流等参数,同时采用Coats-Redfern积分法对煤燃烧过程进行动力学计算,得到煤样的活化能E.结果表明:水分对煤燃烧及放热特性存在显著影响,随着含水率的增加,煤样着火温度及最大燃烧速率温度先降低后增加,而综合燃烧性能指数及最大热流先增加后降低,当含水率为22.8％时,煤样的着火温度最低,综合燃烧性能指数和放热强度最大,表明适量含水率有利于煤炭的快速着火及燃烧.注气流量显著影响煤的燃烧速率及放热强度,注气流量的增加提高了煤的燃烧速率,但当注气流量升高至80 mL/min时,会显著降低放热强度,其原因是流量过大会带走更多煤燃烧释放的热量,不利于煤自身氧化升温.根据燃烧动力学参数计算结果得出,随着煤中含水率增加,其反应活化能先降低后增加,3种注气流量下,22.8％含水率煤的活化能最低,分别为54.55、54.18、57.97 kJ/mol,含水率11.6％和22.8％煤在50 mL/min时活化能最小,其余含水率煤在20 mL/min时活化能最小,而当注气流量为80 mL/min时,煤样的活化能显著提高,进一步证实了含水率22.8％煤在注气流量50 mL/min时容易着火,较高的注气流量不利于含水煤的点火.研究结果丰富了煤炭燃烧机理的理论基础,同时为地下煤层原位点火及稳定燃烧提供理论指导.
关键词：含水率注气流量特征温度燃烧及放热特性活化能
分类号：TD823(矿山开采)
资助基金：重庆市研究生科研创新资助项目(CYB240050)
论文发表日期：2025-07-31
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：12( 134-145 )
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