兗州天池礦采空區(qū)防火阻化劑優(yōu)選

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1、水封、均壓及大流量注氮等相結(jié)合的防滅火技術(shù)成功的治理了寧夏白芨溝礦采空區(qū)發(fā)生的我國(guó)建國(guó)以來(lái)最大的井下煤炭自燃發(fā)火事故，安全啟封了該特大火區(qū)。煤層自然發(fā)火煤有自燃傾向遺留有大量浮煤連續(xù)供氧熱量的不斷積累煤本身的特性人為控制影響圖1.1煤層自燃火災(zāi)發(fā)生條件圖Fig.1.1Theconditionsofcoalspontaneouscombustionfireschematic因此，為了更好的防治煤層自燃，保證礦井的安全開采，必須掌握現(xiàn)有的防滅火技術(shù)和其最新研究進(jìn)展。而且在防治煤層自燃的過(guò)程中，沒有一種材料是萬(wàn)能的，通常都是幾種防滅火技術(shù)和材料結(jié)合起來(lái)相互作用的結(jié)果，所以在

2、現(xiàn)實(shí)開采使用時(shí)，必須分析煤炭自燃的發(fā)生發(fā)展?fàn)顩r、煤層的位置，根據(jù)礦井的實(shí)際情況，選擇合適的技術(shù)和手段，這樣才能有效的防治煤層的自然發(fā)火。1.2煤自燃機(jī)理的國(guó)內(nèi)外研究歷史與現(xiàn)狀煤自然發(fā)火的機(jī)理理論研究是一個(gè)古老而又新興的研究課題。17世紀(jì)，英國(guó)的Plolt和Berzelius提出了黃鐵礦導(dǎo)因說(shuō)，認(rèn)為煤中的FeS2與空氣中的水分和氧氣發(fā)生化學(xué)反應(yīng)放出熱量，從而導(dǎo)致了煤的自燃。1927年英國(guó)學(xué)者Potter，M.C等人提出了細(xì)菌導(dǎo)因說(shuō)[18]，認(rèn)為細(xì)菌作用在煤上，是煤開始發(fā)酵并放出熱量，從而導(dǎo)致了煤的自燃。1940年，前蘇聯(lián)學(xué)者B.B.TpoИoB認(rèn)為煤體內(nèi)不飽和酚基化合物

3、強(qiáng)烈吸-3-附空氣中的氧氣，并且產(chǎn)生一定的熱量，才導(dǎo)致了煤的自熱。另外，國(guó)內(nèi)外一些學(xué)者還提出了煤氧復(fù)合理論[19]，主要是以煤的吸氧量的多少為依據(jù)的。20世紀(jì)90年代以來(lái)，國(guó)內(nèi)外學(xué)者提出了一些更具體的學(xué)說(shuō)，如自由基反應(yīng)學(xué)說(shuō)[20]、電化學(xué)作用學(xué)說(shuō)[21]、氫原作用學(xué)說(shuō)[22]、基團(tuán)作用學(xué)說(shuō)[23]、逐步自活化反應(yīng)學(xué)說(shuō)[24]等。1)利用熱分析技術(shù)研究煤的自燃機(jī)理舒新前等[25]用熱重分析方法研究了神府煙煤和無(wú)煙煤氧化自燃的動(dòng)力學(xué)過(guò)程，認(rèn)為煤炭低溫氧化遵從阿侖尼烏斯定律；路繼根[26]用等溫DTA技術(shù)結(jié)合TGA技術(shù)研究了煤的氧化機(jī)理，發(fā)現(xiàn)所有的煤從室溫直至著火點(diǎn)附近所發(fā)

4、生的對(duì)自熱有影響的化學(xué)反應(yīng)都一樣；彭本信[27]對(duì)我國(guó)氣煤、肥煤、焦煤及無(wú)煙煤等八個(gè)煤種70個(gè)煤樣進(jìn)行TGA、DTA、DSC及熱分析紅外光譜試驗(yàn)，查清了變質(zhì)程度低的煤易自燃主要是由于在低溫階段其氧化放熱量大于變質(zhì)程度深的煤。另外，Garcia.P[28]也利用熱分析技術(shù)對(duì)煤的自燃進(jìn)行了研究。2)從煤的活化能著手研究煤自燃機(jī)理TeVrucht[29]用FTIR檢測(cè)脂類C-H吸收峰強(qiáng)度變化求取煤氧反應(yīng)活化能和速度常數(shù)。Patil[30]用XPS考察了煤表面O/C原子比的變化，據(jù)此求出在295—398K時(shí)表觀活化能為11.45Kal/mol。Martin[31]用SIMS研

5、究了23℃、70℃和90℃時(shí)煤表面氧濃度的變化，計(jì)算結(jié)果說(shuō)明70℃前后活化能差別很大，在氧化反應(yīng)的第一周內(nèi)，溫度小于70℃，具有以吸附擴(kuò)散過(guò)程為主的低活化能特征。劉劍等[32]通過(guò)對(duì)煤活化能的理論研究，推算出了活化能的計(jì)算公式。陸偉等[33]提出了煤自燃逐步自活化反應(yīng)理論，認(rèn)為煤自燃是一種依靠自身物理吸附熱，更主要是氧化產(chǎn)熱不斷使煤體內(nèi)需要不同活化能的結(jié)構(gòu)活化并與氧氣發(fā)生反應(yīng)不斷放出熱量，使體系熱量加速增加，達(dá)到煤著火點(diǎn)而發(fā)生著火燃燒的現(xiàn)象和過(guò)程。并指出了我國(guó)現(xiàn)行的煤自燃傾向性色譜吸氧鑒定法的不足之處，同時(shí)給出了煤自燃傾向性鑒定標(biāo)準(zhǔn)的基本原則。在煤自燃動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)上得到

6、了煤絕熱氧化方程，并設(shè)計(jì)了相應(yīng)絕熱氧化實(shí)驗(yàn)裝置。通過(guò)理論和實(shí)驗(yàn)研究，提出了能夠反應(yīng)煤自燃關(guān)鍵階段，即低溫氧化階段動(dòng)力學(xué)參數(shù)活化能E作為煤自燃傾向性鑒定指標(biāo)。并測(cè)試了3個(gè)典型煤樣的低溫氧化活化能E。最后，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)煤自燃發(fā)火期與煤物理吸附氧量和低溫氧化活化能E的對(duì)比，并確定了基于煤低溫氧化過(guò)程的動(dòng)力學(xué)參數(shù)指標(biāo)，即45～75℃溫度段的平均活化能作為-4-煤自燃傾向性鑒定指標(biāo)。利用該測(cè)試方法和鑒定指標(biāo)能夠較好反映煤在低溫氧化階段的煤自燃傾向性。1.2煤自燃階段的劃分煤自燃一般經(jīng)過(guò)三個(gè)時(shí)期：潛伏期、自熱期和燃燒期，如圖1-2所示。1）潛伏期。在這個(gè)階段煤吸附空氣中的氧氣后會(huì)形成

7、一種不穩(wěn)定的含氧游離基，使煤體的重量略為增加。2）自熱期。在這一階段煤中不穩(wěn)定的氧化物會(huì)分解成水、CO和CO2，氧化速度不斷加快，并且產(chǎn)生大量的熱量，導(dǎo)致煤溫升高。當(dāng)溫度超過(guò)臨界溫度值（Tc）時(shí)，氧化進(jìn)程會(huì)持續(xù)加快，就會(huì)出現(xiàn)煤的干餾，并且生成芳香族圖1.2煤的自然自燃過(guò)程Fig.1.2Theprocessofcoalspontaneouscombustion的碳?xì)浠衔?、氫及CO等可燃?xì)怏w。3）燃燒期。這段期間煤體溫度會(huì)持續(xù)上升，當(dāng)達(dá)到臨界著火溫度（Tb）時(shí)，它的氧化過(guò)程會(huì)急劇加速，從而引起煤的自燃。煤的著火溫度因煤種不同而不同，例如無(wú)煙煤的著火溫度