煤炭自燃理论及应用基础课件

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1、煤炭自燃理论及应用基础研究辽宁工程技术大学王继仁　　教授一、煤炭自燃现有研究成果评述1.煤的自燃机理研究方面17世纪，英国的Plolt和Berzelius提出了黄铁矿导因说1927年英国学者Potter,M.c等人提出了细菌导因说1940年，前苏联学者B.B.TpoИoB提出煤的自燃是由于煤体内不饱合的酚基化合物强烈吸附空气中的氧同时放出一定的热量所致国内外学者以煤的吸氧量的多少为依据，提出了引起煤自燃的煤氧复合理论以余明高、徐精彩教授为代表，从宏观上应用数学方法定量推导了煤的耗氧速度、放热强度与煤自燃的关系煤炭科学总院抚顺分院提出了煤自燃倾向性色谱吸氧鉴定法2.煤的分子结构研究

2、方面陈昌国等人通过对煤结构模型的研究认为在煤结构模型中，既有小分子，也有大分子人们利用分子模型来构造煤分子结构的不同特征。对烟煤来说，在过去三十年中发展并被广泛接受的模型是Given、Wiser、Solomon和Shinn模型随着计算机技术的发展，运用分子力学和量子化学理论，模拟计算煤的分子结构已成为可能王继仁等在煤的分子结构研究方面，在总结前人研究成果的基础上，着重研究煤与氧发生氧化自燃反应的模型，并应用于研究煤炭自燃3.煤的自燃倾向性分类方法研究方面国内外较为成熟的煤自燃倾向性分类方法主要有奥氏法、着火点法、交叉点温度法、差示量热法、静态及动态吸氧法等目前我国主要是采用煤炭科

3、学研究总院抚顺分院流态色谱吸氧法。但该方法只用吸氧量一个指标作为煤自燃倾向性的分类指标，具有局限性针对以上分类方法的局限性，我们提出了以着火活化能为指标的煤的自燃判定新方法4.煤炭自燃的防治技术预测预报技术：一是井下型火灾束管监测系统；二是地面色谱束管火灾监测系统；注氮防灭火系统：将氮气送入拟处理区，使该区域空气惰化，氧气浓度降低到煤自然发火的临界浓度以下，以抑制煤的氧化自燃，直到火区窒息的防灭火技术。黄泥灌浆防灭火系统：将注浆材料（黄土、页岩、矸石、粉煤灰、尾矿等）细粒化后加水制备成浆，用水力输送到煤矿井下注入需要防灭火区域内，封堵漏风通道、包裹煤岩阻止氧化、冷却煤岩温度而预防

4、或扑灭矿井火灾的一项技术措施；胶体防火和三相泡沫1、建立了煤有机大分子和低分子化合物的化学结构模型（1）应用量子化学理论和红外光谱技术等从理论和实验两方面研究了全国不同矿区和煤种共计570多个易自燃、自燃、不自燃煤中有机大分子和低分子化合物的化学结构，构建了煤的分子结构模型。自燃与不自燃煤样红外光谱对比图（2）能自燃煤含有：羟基-OH、苯酚、伯胺基团、羟基、烷基－CH2－CH3、醚键C-O-C、乙烯基团C＝C双键。不能自燃煤以上基团含量很少优化后自燃煤有机大分子的化学基本结构单元（3）自燃煤的有机大分子是以稠芳香环为骨架，带有多种活性侧链基团。低分子化合物主要有酮、酸、烷、醇类等

5、。有机大分子侧链基团和低分子化合物对煤的自燃具有极其重要的作用。酸类物质醇类物质烷类物质酮类物质（4）煤中低分子化合物煤中低分子化合物主要是指游离或镶嵌于煤有机大分子主体结构中的一些分子量小于500的有机化合物。2、煤表面与氧及多组分气体的微观吸附机理氧分子在煤表面吸附几何构型（1）煤表面对氧的物理化学吸附氧分子在羟基基团上的化学吸附几何平衡构型煤表面与氧分子物理吸附量与放出的热量是线性关系。化学吸附量与放出热量是曲线关系。化学吸附比物理吸附放出的热量大10倍之多。（2）煤表面对多组分气体混合吸附煤表面对多组分气体混合吸附图煤表面对矿井采空区多种气体发生吸附时，吸附能的大小顺序为

6、：R·O2＝30.94KJ/mol＞R·H2O＝16.03KJ/mol＞R·CO2＝6.09KJ/mol＞R·N2＝2.91KJ/mol＞R·CO＝2.11KJ/mol＞R·CH4＝0.45KJ/mol。煤表面与矿井采空区各种气体发生吸附时的亲和顺序为：氧气＞水＞二氧化碳＞氮气＞一氧化碳＞甲烷。（3）含N、S、P侧链基团对氧分子的物理吸附含p侧链基团对氧分子的物理吸附含S侧链基团对氧分子的物理吸附煤表面含N、S、P基团侧链与8个氧分子发生物理吸附时：N侧链吸附的吸附能为627.16KJ/mol；含P侧链吸附能为606.09KJ/mol；含S侧链与吸附能为604.51KJ/mol。

7、吸附能：3、煤分子与氧的化学反应机理应用量子化学密度泛函理论，研究了煤氧化自燃过程中生成甲烷、乙烯、二氧化碳、水和一氧化碳的化学反应机理和反应过程，建立了煤有机大分子和低分子化合物的自燃机理理论。应用傅利叶变换红外光谱仪，实验验证了理论计算结果的正确性。过渡态TS不同温度下煤样红外光谱图4、煤分子与氧的化学反应机理应用量子化学密度泛函理论，研究了煤氧化自燃过程中生成甲烷、乙烯、二氧化碳、水和一氧化碳的化学反应机理和反应过程，建立了煤有机大分子和低分子化合物的自燃机理理论。应用傅利