煤微觀孔隙結構特征與自燃特性的相關性研究.pdf

1、我國是產煤、用煤大國，同時也是煤自燃災害頻發(fā)國家，煤自燃導致大量資源浪費、環(huán)境污染并且威脅礦井安全生產。由于影響煤自燃因素眾多且煤自燃是復雜的動態(tài)過程，人們至今還不能夠完全闡明煤自燃的機理。為了了解不同變質程度煤自燃特性與其內部孔隙結構特征的關系，本文以六種不同變質程度煤為研究對象，采用實驗研究與理論分析的方法，對不同變質程度煤微觀孔隙結構與宏觀自燃特性進行相關性研究，有助于深入了解煤炭自燃的過程。
　　利用同步輻射X射線相襯顯微

2、CT實驗和低溫氮氣吸附實驗對不同煤級煤內部孔隙參數(shù)進行測定，對兩實驗數(shù)據(jù)匯總得到各孔隙參數(shù)隨變質程度的變化規(guī)律。煤體內部孔隙形態(tài)多樣且不規(guī)則，孔隙結構空間上以雪花片狀連接成網(wǎng)，內部鏤空，變質程度不同煤孔隙連通度差異明顯;孔隙總體積隨變質程度呈“高-低-高”凹形曲線變化，中等煙煤處為最低值，褐煤體積最大，大、中孔體積占低變質程度煤的主要部分，中等變質程度煤各孔徑段體積分布相對均勻，而在高煤級階段，微孔貢獻量最大;煤在低-中變質階段比表面積

3、變化不大，中-高變質階段比表面積快速增大，各煤種微孔、小孔比表面積占到總表面積的99％以上;平均孔徑與煤級呈冪函數(shù)相關，隨煤級升高平均孔徑變小。對煤中孔隙結構進行分階段分形研究得到，煤中孔隙(＞5.8nm)具有明顯的分形特征，按不同階段孔隙體積百分比，得出基于同步顯微CT實驗和低溫氮氣吸附實驗的煤孔隙綜合分形維數(shù)D與煤變質程度呈“高-低-高”凹形曲線變化趨勢。
　　通過動態(tài)色譜吸氧實驗與煤自燃相似模擬實驗，研究了不同變質程度煤自燃

4、特性。煤級與吸氧量呈凹形曲線相關，SH＞XM＞SD＞XS＞PS＞ZZ。低溫氧化過程中隨著煤溫增高氧氣濃度整體呈下降趨勢，低變質程度煤氧氣快速下降拐點溫度低于高變質程度煤，各煤樣耗氧速率隨溫度增加呈指數(shù)關系增大，在相同溫度下，低變質程度煤耗氧速率大于高變質程度煤;交叉點溫度隨變質程度增高呈線性增大趨勢;煤自燃氧化動力學綜合指數(shù)與變質程度同樣呈正向線性相關;綜合上述參數(shù)得，煤化程度越低，煤自燃氧化能力越強。
　　對不同煤化程度煤孔隙結

5、構特征與自燃特性進行相關性研究得，孔隙結構對煤吸附氧氣能力起決定作用。綜合分形維數(shù)與吸氧量呈正向相關，并且在低-中煤化階段，孔隙體積對吸氧量起主導作用，吸氧量隨孔隙體積增大而增大，在中-高煤化階段，比表面積對吸氧量起主導作用,孔隙比表面積越大煤體吸氧量越大。煤孔隙結構對煤氧化能力有一定影響，呈現(xiàn)出關系相反的兩階段性，在低-中煤化階段，氧化動力學綜合判定指數(shù)隨孔隙體積、分形維數(shù)增大而減小，氧化能力變強，易于自燃;在中-高煤化階段，與低-中