煤氧化自燃微观特征及其宏观表征研究

发布时间：2023-08-25 23:00

　　我国大部分煤层属于自燃、易自燃煤层，煤自燃火灾造成严重的环境污染和资源浪费，并严重威胁煤矿的安全生产。本论文采用实验分析和量子化学模拟的方法，针对不同变质程度煤样的氧化自燃过程，研究煤氧化自燃的微观特征与宏观表征特性，以进一步揭示煤自燃机理，对煤自燃预测和防治技术的研究具有重要的理论指导意义。 采用比表面积测定仪，X-射线衍射仪和煤自燃倾向性测定仪等，分析了煤质、比表面积和孔隙率与煤样变质程度间的关系，研究了煤的芳香微晶结构和煤物理吸氧特性随变质程度、氧化温度和煤样粒度的变化规律，得出煤芳香微晶结构的变化会导致煤宏观物理、化学特性的变化，以及表征煤氧物理吸附特性的活性时间和吸氧量与煤变质程度、温度和粒度的关系。 利用傅里叶变换红外光谱仪研究了不同条件下煤样的红外光谱特征，得出煤分子中官能团随煤变质程度、氧化温度和煤样粒度的变化规律，确定出煤分子中发生氧化反应的主要官能团及其氧化时的变化特征；并采用量子化学软件对主要活性基团分步氧化历程进行了模拟计算，分析了反应过程中的活化能及相关热力学和动力学参数，得出不同活性基团反应活化能、反应焓变的差异导致其对煤氧化自燃贡献的不同；证实了煤分子中桥...

【文章页数】：137 页

【学位级别】：博士

【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
1 绪论
    1.1 研究背景及意义
    1.2 国内外研究现状
        1.2.1 煤自燃学说
        1.2.2 煤结构的研究
        1.2.3 煤吸氧特性研究
        1.2.4 煤自燃机理的实验研究
        1.2.5 煤自燃机理的数值模拟研究
    1.3 研究内容及技术路线
        1.3.1 研究内容
        1.3.2 技术路线
2 煤微晶结构及吸氧特性研究
    2.1 煤样工业分析和元素分析
    2.2 煤中芳香微晶结构分析
        2.2.1 实验方法
        2.2.2 不同变质程度煤样的XRD分析
        2.2.3 不同氧化温度煤样的XRD分析
        2.2.4 不同粒度煤样的XRD分析
    2.3 煤比表面积及孔隙率分析
    2.4 煤氧物理吸附特性分析
        2.4.1 煤氧吸附机理
        2.4.2 实验方法
        2.4.3 煤氧物理吸附特性参数
        2.4.4 煤氧物理吸附影响因素分析
    2.5 本章小结
3 煤分子中官能团的红外光谱特征研究
    3.1 实验方法
        3.1.1 煤样红外光谱解析原理
        3.1.2 实验条件
    3.2 不同变质程度煤样的红外光谱特征分析
    3.3 不同氧化温度煤样的红外光谱特征分析
    3.4 不同粒度煤样的红外光谱特征分析
    3.5 本章小结
4 活性基团氧化历程的数值模拟
    4.1 数值模拟原理
        4.1.1 数值模拟方法
        4.1.2 数值模拟原理
    4.2 活性基团反应模型的建立
        4.2.1 煤的化学结构
        4.2.2 活性基团的确定
        4.2.3 建立模型
    4.3 活性基团氧化历程模拟及分析
        4.3.1 理论分析
        4.3.2 模拟计算
        4.3.3 热力学和动力学分析
    4.4 本章小结
5 煤氧化自燃微观特征的宏观表征
    5.1 实验方法
        5.1.1 实验装置
        5.1.2 实验条件
    5.2 煤自燃宏观特性参数的计算方法
        5.2.1 耗氧速率
        5.2.2 气体生成速率
        5.2.3 放热强度
    5.3 煤自燃宏观表征的微观分析
        5.3.1 煤自燃生成气体的微观分析
        5.3.2 煤自燃特性参数的微观分析
        5.3.3 粒度影响煤自燃特性的微观分析
    5.4 本章小结
6 结论
    6.1 主要结论
    6.2 创新点
    6.3 展望
致谢
参考文献
附录



本文编号：3843467