煤自燃初期低温氧化产热特性及关键结构演变特征
刘浩1
李增华2
王刚1
牛会永3
谭波4
1.山东科技大学露天煤矿灾害防治与生态保护全国重点实验室,山东 青岛 266590;山东科技大学安全与环境工程学院 山东 青岛 2665902.中国矿业大学安全工程学院,江苏 徐州 2211163.北京科技大学土木与资源工程学院,北京 1000834.中国矿业大学(北京)应急管理与安全工程学院,北京 100083
摘要：煤自燃初期氧化产热是导致煤自燃的根源,也是衡量煤自燃危险性最直接的评价指标.为了测定煤在自燃初期消耗单位氧气产生的氧化热,创新性地通过六通阀与定量环组合,精确控制向煤样罐中通入的空气量,并基于煤氧化热理论构建计算模型,测定煤在自燃初期不同条件下的单位耗氧氧化热.结果表明:在 50℃恒温氧化条件下,LJ、WD、ZZ、XT 4种煤样消耗单位氧气产生的氧化热分别为 66.94、40.76、42.82、23.31 kJ/mol.这一发现表明,煤自燃初期产生的氧化热远低于数值模拟中常用的氧化热数值 300 kJ/mol,且变质程度最低的LJ煤氧化放热量最大,4种煤样都在氧化时间为 40s左右时达到了最大产热速率.为了分析自燃初期不同煤样的产热量呈现差异性的原因,通过低温氮气吸附试验测试煤样的孔隙结构,结果发现煤的孔隙结构不是决定煤氧化放热量差异的主导性因素,孔隙结构更发育只是有效促进了煤氧复合反应.而电子顺磁共振试验结果表明煤自燃初期氧化产热是由反应位点控制的动力学行为,煤样原生反应位点的数量是决定产热量的主导因素.初始氧化温度的升高使得煤中初始反应位点增多,也使得煤产生反应位点的速率加快.反应位点的本质为自由基,自由基浓度的增加速率决定了煤氧化反应的速率.
关键词：煤自燃初期产热特性产热机理孔隙结构自由基
分类号：TD75(矿山安全与劳动保护)
资助基金：国家自然科学基金(52074275)
论文发表日期：2025-07-31
在线出版日期：2025-09-04（本平台首次上网日期，不代表文献的发表时间）
页数：16( 3518-3533 )
英文信息