浸水煤表面结构演化与自然发火指标实验研究

摘要

为了提高浸水煤自燃预警的可靠性和准确性，采用扫描电镜实验与程序升温氧化实验研究了不同含水率煤与原煤的结构变化和氧化规律。首先对比分析了浸水煤的表面结构变化，然后通过浸泡法制备了含水率为4%、11%、18%、25%、32%的煤样，利用程序升温实验分析不同含水率煤样气体产生量随温度的变化关系。结果表明：浸水后，煤样氧化产生CO和C₂H₄的临界温度由73℃、180℃提前到62℃、161℃,各煤样升温过程中产生气体随温度升高而升高，含水率为18%的煤样产生的CO、CO₂、C₂H₄和C₂H₆体积分数最高；在CO、C₂H₄可作为标志气体的基础上，引入CO与CO₂体积分数比值γ和C₂H₄与C₂H₆的体积分数比值ε,分别作为煤吸氧蓄热阶段和自热氧化阶段的预测指标，即：γ≤0.019时，煤样温度小于136℃,处于吸氧蓄热阶段；0.752≤ε≤0.836时，煤样温度136～226℃,处于自热氧化阶段；γ≥0.908时，煤氧化温度大于226℃,处于加速氧化阶段。最后，基于CO、C₂H₄、C₂H₆三种标志气体和γ、ε值，建立了浸水条件下采空区遗煤自燃的分级预警防控指标体系。

关键词

浸水煤 / 扫描电镜 / 程序升温实验 / 表面结构 / 自然发火 / 指标气体

基金资助

国家自然科学基金项目(51974176); 山东省杰出青年基金项目(ZR2020JQ22); 山东省高等学校青年创新团队发展计划项目(2019KJHO06)