预氧化影响煤自燃特性的不同观点与原因探究

摘要

煤在开采过程中会发生预氧化，封闭火区内同样存在预氧化煤体，预氧化会导致煤体分子结构的改变并显著影响煤体的氧化活性.目前在探究预氧化对煤炭二次氧化行为的影响研究方面存在明显分歧.为了探究预氧化对煤炭自燃特性影响的不同原因，首先通过低温氧化和热解后的常温氧化试验对比了预氧化前后煤炭在升温阶段和常温阶段的氧化特性，然后利用傅立叶变换红外光谱和电子顺磁波谱等微观手段分析了活性官能团和自由基在氧化过程中的演化行为.宏观气体和特征点温度均表明，空气降温后预氧化煤的氧化活性低于原煤，且均明显低于氮气降温后的煤样.此外，与原煤相比，氮气降温后的预氧化煤具有前期促进而后期抑制氧化的特点.微观官能团和自由基的研究结果发现，单纯的预氧化过程可以氧化并消耗烷基侧链和活性自由基的浓度，从反应活性物质的角度显著抑制后续的二次氧化过程.然而，预氧化煤样在氮气降温过程中会因热分解而产生大量自由基活性位点，从而提高煤氧化前期的自热能力.研究表明，预氧化影响煤自燃特性出现不同观点的内在原因主要是由于冷却气氛的不同造成的.预氧化煤体在空气中降温会导致烷基官能团和活性自由基结构被氧化消耗，进而显著抑制煤的氧化反应活性.相反，在氮气环境下降温会导致煤的热分解，产生大量自由基活性位点，使煤在自燃初期的氧化活性大幅提高.封闭火区预氧化煤体在乏氧环境下活性位点的产生和氧化直接影响这类煤体的后续自燃能力，因此惰化活性位点的活性和降低活性位点的浓度是防范封闭火区启封复燃的发展方向.

关键词

常温氧化 / 二次氧化 / 活性位点 / 自由基 / 烷基侧链

基金资助

国家自然科学基金项目(52474200,52104178); 安徽省科技厅优秀青年基金项目(2408085Y027)