平朔井工三矿煤氧化燃烧全过程动力学特性研究

刘刚; 张国强; 刘光义; 张飞; 苏贺涛; 高中泉

doi:10.16452/j.cnki.sdkjzk.2026.03.003

山东科技大学学报（自然科学版） ›› 2026, Vol. 45 ›› Issue (3) : 26 -37. DOI: 10.16452/j.cnki.sdkjzk.2026.03.003

平朔井工三矿煤氧化燃烧全过程动力学特性研究

刘刚, 张国强, 刘光义, 张飞, 苏贺涛, 高中泉

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摘要

针对山西平朔井工三矿厚煤层采空区遗煤自燃问题，采用同步热分析(STA)与程序升温实验，分析煤样在不同气体流量(90和150 mL/min)和升温速率(10、15、20℃/min)下的燃烧动力学特性。通过热重-微商热重-差示扫描量热法(TG-DTG-DSC)多模态数据融合，结合Coats-Redfern积分法、Achar微分法及灰色关联度法，定量解析了气体流量与升温速率对煤自燃阶段演化及动力学参数的影响。研究表明，煤自燃过程可分为蒸发脱附、吸氧增重及贫氧燃烧三个阶段，燃烧阶段表观活化能随升温速率升高显著降低，表明快速升温加速自由基链式反应。低温氧化阶段，气体流量对耗氧速率具有显著影响，低流量环境更利于局部热量积聚；DSC分析显示，升温速率越大，放热峰值越高，且放热速率与反应速率的灰色关联度均高于90%,表明二者具有良好的相关性。最概然机理函数筛选表明，燃烧前期符合三级化学反应模型，后期转为随机成核和随后生长模型，表明高温阶段煤燃烧过程中煤样在破裂点或表面区域发生分解反应，生成新聚合产物并与原粒子发生界面反应。