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预氧化煤水分浸润过程及润湿放热特性研究
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作者 晁江坤 魏涛 +3 位作者 沈玲 韩学锋 潘荣锟 胡代民 《煤矿安全》 北大核心 2026年第2期50-60,共11页
为了探究预氧化煤水分浸润过程、润湿放热特性及对煤体氧化蓄热能力的影响,通过低场煤岩核磁共振仪、C600高精度微量热仪、傅里叶红外光谱对预氧化煤水分浸润过程、孔隙渗透性能、润湿热、官能团的演变规律进行了分析。实验结果表明:水... 为了探究预氧化煤水分浸润过程、润湿放热特性及对煤体氧化蓄热能力的影响,通过低场煤岩核磁共振仪、C600高精度微量热仪、傅里叶红外光谱对预氧化煤水分浸润过程、孔隙渗透性能、润湿热、官能团的演变规律进行了分析。实验结果表明:水浸时煤样水信号含量呈现着稳定线性增加的趋势,但是预氧化煤增加趋势远远大于原煤,60 min水浸后,原煤和40、60、80、100℃预氧化温度处理后的煤体吸附孔相对含水率分别达到了94.8%、95.7%、97.7%、99.6%、99.8%,相同水浸时间下,预氧化煤吸附孔相对含水率增幅更高,吸附性能更强;预氧化处理后煤体中大孔整体占比降低,微孔进阶发育促使过渡孔占比增加,孔隙度由15.9%增加到32.3%,渗透率扩大了50倍左右,氧气吸附和渗流能力增强;预氧化作用下煤体芳香度和芳香核缩聚程度均呈增加趋势,生烃潜力呈降低趋势,煤体羟基、羰基等亲水性基团整体占比增加,芳香烃类疏水性基团占比降低,促使煤水亲和性增强;煤水两相润湿热从6.3 J/g升高到了25.7 J/g,润湿热前后放热强度差异明显,润湿后热量积聚促使放热强度明显提升,煤体疏松多孔性质得到进一步体现,煤体氧化蓄热能力增强。在预氧化和润湿的共同影响下,煤自燃的风险加剧,且预氧化温度越高,风险越大。 展开更多
关键词 煤自燃 预氧化 水分浸润过程 孔隙结构和渗透性能 润湿热 亲水基团
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含柠檬酸的羧甲基纤维素钠溶液抑制煤自燃特性的实验研究
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作者 蔡峰 沈澳 《煤矿安全》 北大核心 2026年第1期65-75,共11页
煤炭自燃是煤矿安全生产中的一项重大隐患,而传统的煤自燃抑制材料存在原理单一、制备工艺复杂、成本较高等问题。针对现有问题,以羧甲基纤维素钠(CMC)、柠檬酸、仲烷基磺酸钠(H95)为原料,通过合理配比,制备一种能够在煤炭氧化过程中同... 煤炭自燃是煤矿安全生产中的一项重大隐患,而传统的煤自燃抑制材料存在原理单一、制备工艺复杂、成本较高等问题。针对现有问题,以羧甲基纤维素钠(CMC)、柠檬酸、仲烷基磺酸钠(H95)为原料,通过合理配比,制备一种能够在煤炭氧化过程中同时起到物理阻隔和化学抑制2种作用的新型凝胶阻化材料。通过傅里叶红外光谱对新材料配制前后的化学结构进行了表征;通过对新材料黏度、润湿性和保水性的测试,分析了其阻化性能;基于程序升温实验和热重分析实验评估了新材料对煤炭氧化的抑制作用。结果表明:在所制备的新材料中,CMC与柠檬酸产生了化学交联与氢键作用,证明了凝胶与化学阻化剂复合成功;CMC质量分数为2%时,新材料与纯CMC凝胶黏度分别达到1.12、3.83 Pa·s,此时新材料的溶液状态最适宜喷洒;新材料、质量分数2%纯CMC凝胶、去离子水对煤粉的最大润湿高度分别为12.5、10.3、9.9 mm,三者真空干燥10 h后的失水率分别为87.06%、82.71%、97.61%;经过新材料处理的煤样交叉点温度相较原煤和柠檬酸处理煤分别升高5.5、2.1℃,在氧化温度达到180℃时,CO体积分数、耗氧速率、放热强度相较原煤分别降低50.57%、69.50%、59.50%,相较柠檬酸处理煤分别降低33.1%、45.1%、28.3%;经新材料处理的煤样在热重分析实验中的5项氧化特征温度点显著低于原煤和柠檬酸处理煤,表现出的自燃倾向性弱于另外2组煤样。研究验证了新材料抑制煤炭自燃的可行性,并提出了将新材料适用于井下的雾化喷洒工艺。 展开更多
关键词 煤自燃 凝胶阻化材料 阻化剂 羧甲基纤维素钠 柠檬酸 程序升温 热重分析
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低氧环境下煤自燃的CO_(2)钝化作用及官能团演化
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作者 刘伟 周禹军 +2 位作者 卢亢亢 孔昊 李天男 《煤炭科学技术》 北大核心 2026年第2期313-323,共11页
为研究不同CO_(2)体积分数下煤自燃过程中官能团的动态演变,揭示CO_(2)对煤自燃的化学钝化机制。以两渡矿的I类容易自燃烟煤为研究对象,利用程序升温氧化试验,比较了5%、10%、15%和20%等4种氧气体积分数下煤样的氧化放热特性,确定了易... 为研究不同CO_(2)体积分数下煤自燃过程中官能团的动态演变,揭示CO_(2)对煤自燃的化学钝化机制。以两渡矿的I类容易自燃烟煤为研究对象,利用程序升温氧化试验,比较了5%、10%、15%和20%等4种氧气体积分数下煤样的氧化放热特性,确定了易于观测CO_(2)钝化作用的临界氧气体积分数;利用傅里叶变换红外光谱,量化分析了不同CO_(2)气体环境下升温过程的煤主要官能团变化;基于皮尔逊相关性分析,探究煤低温氧化过程中各官能团之间的竞争和协同关系;利用密度泛函理论进行了量子化学模拟,分别分析了酚羟基、苯乙酸与CO_(2)的反应路径。结果表明:煤样氧化所需氧气放热临界体积分数为10%,氧气体积分数低于该数值时,煤样的耗氧速率变化率降低49.2%、放热强度变化率降低67.3%;90%体积分数CO_(2)环境下煤样的芳香性提升69.17%、脂肪链长度参数提升31.06%,醚键相对含量无明显变化,最大值对应温度由95℃推移至185℃;煤氧化过程中芳香结构与邻近含氧官能团之间呈协同演化特性,脂肪链与含氧官能团之间存在竞争性消耗关系,高CO_(2)环境抑制了煤氧化链式反应,使官能团之间的竞争减弱、协同增强,显著延缓了脂肪烃受热断裂,抑制了羟基的消耗和C=O基团的脱羧反应;酚羟基和苯乙酸与CO_(2)的反应能垒低于与氧气反应时的能垒,更易反应生成羧基化合物,放热量更少,从而达到煤自燃的化学钝化效果。 展开更多
关键词 低氧条件 低温氧化 二氧化碳 官能团 量子化学 皮尔逊分析
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煤氧化热反应特性与SHAP可解释温度预测模型
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作者 张树川 申晓毓 《煤炭科学技术》 北大核心 2026年第3期151-160,共10页
为构建适用于复杂氧化工况的煤自燃温度高精度预测模型,揭示氧化反应热动力机制与温度演化过程之间的耦合特征,提升对关键热反应节点的识别能力,支撑矿井自燃智能预警体系建设,通过在不同氧气体积分数和升温速率条件下开展程序升温与同... 为构建适用于复杂氧化工况的煤自燃温度高精度预测模型,揭示氧化反应热动力机制与温度演化过程之间的耦合特征,提升对关键热反应节点的识别能力,支撑矿井自燃智能预警体系建设,通过在不同氧气体积分数和升温速率条件下开展程序升温与同步热分析试验,监测气体释放行为及TG–DSC响应曲线,提取煤氧化过程中具有代表性的特征温度点(T_(C1)—T_(C7)和T_(1)—T_(6)),构建煤自燃过程的阶段划分体系。并将氧化过程整合为4个宏观反应区间,采用Coats–Redfern法计算各合并阶段的表观活化能和焓变,结合气体特征共同构建基于极端梯度提升算法(Extreme Gradient Boosting,XGBoost)与梯度提升算法(Gradient Boosting Regressor,GBR)的多维温度预测模型,并引入沙普利加性解释(Shapley Additive Explanations,SHAP)进行特征贡献度可解释性分析。结果表明:随着氧气体积分数降低,特征温度点TC6与TC7显著向高温区偏移,偏移率分别为-2.000℃/%与-1.333℃/%;随着升温速率升高,特征温度点T_(2)与T_(4)的温度变化显著加快,偏移率分别为2.85℃/(℃·min^(-1))和2.83℃/(℃·min^(-1))。综合特征温度点变化趋势与煤样氧化过程的官能团响应特征,将煤氧化过程划分为7个阶段:吸附氧积累、诱导启动、氧化加速、热解活化、热失控临界、缓慢氧化与燃烧反应阶段,反映了温度演化、气体释放与分子结构转化的阶段性耦合特征。其中热失控临界区间的活化能达78.86 kJ/mol,焓变为74.16 kJ/mol,明显高于前期诱导区间,体现反应放热强度提升。在多源特征融合基础上构建的XGBoost模型在测试集上决定系数R^(2)为0.9996,平均绝对误差MAE为0.32℃,优于GBR模型。SHAP分析结果表明,E_(a)与ΔH等热分析参数在温度预测中具有阶段性贡献权重,联合气体特征共同反映反应演化特性,增强了模型的物理一致性与解释能力。研究构建的煤温预测模型可为煤自燃过程中的特征识别与注氮、通风等干预策略的动态制定提供数据支撑与理论依据。 展开更多
关键词 煤自燃 特征温度点 煤温预测 XGBoost SHAP
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粉煤灰浆液钙离子浸出机制与工艺参数调控研究
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作者 蔡春城 王瑞 +2 位作者 杨少青 叶子清 张志义 《中国资源综合利用》 2026年第2期1-3,共3页
粉煤灰湿法矿化CO_(2)技术的应用受限于钙离子浸出效率低。通过单因素试验分析自然浸出时间、液固比及搅拌强度对高钙粉煤灰钙离子浸出行为的影响。结果表明,自然浸出过程分为3个阶段:10~60 min为快速释放期,钙离子质量浓度增幅达90.9%;... 粉煤灰湿法矿化CO_(2)技术的应用受限于钙离子浸出效率低。通过单因素试验分析自然浸出时间、液固比及搅拌强度对高钙粉煤灰钙离子浸出行为的影响。结果表明,自然浸出过程分为3个阶段:10~60 min为快速释放期,钙离子质量浓度增幅达90.9%;60~180 min为扩散控制期,增幅降至13.1%;180 min后进入准平衡态。液固比为5∶1时,钙离子浸出总量最高(10215 mg)。搅拌强度为700 r/min时,钙离子质量浓度达到峰值(1894 mg/L)。高碱性环境通过解聚硅铝网络与抑制碳酸钙沉淀协同提高浸出效率,为工艺优化提供了理论支持。 展开更多
关键词 粉煤灰浆液 钙离子 液固比 搅拌强度 矿化封存
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白腐菌对煤孔隙结构及自燃倾向性的作用机理
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作者 刘雨鑫 董宪伟 +2 位作者 王福生 胡相明 董轩萌 《煤炭科学技术》 北大核心 2026年第3期137-150,共14页
微生物抑制煤自燃成为煤自燃防控的新兴研究方向。为探究白腐菌对煤体孔隙结构与自燃倾向性的作用机理,通过单因素试验结合响应面法优化溶煤条件,采用压汞试验、N_(2)吸附试验、CO_(2)吸附试验,结合优势孔径段的优选,构建全尺度孔隙联... 微生物抑制煤自燃成为煤自燃防控的新兴研究方向。为探究白腐菌对煤体孔隙结构与自燃倾向性的作用机理,通过单因素试验结合响应面法优化溶煤条件,采用压汞试验、N_(2)吸附试验、CO_(2)吸附试验,结合优势孔径段的优选,构建全尺度孔隙联合表征体系;基于分形理论全尺度定量分析孔径的分形特征变化,并通过氧化动力学试验验证白腐菌对自燃倾向性的抑制效应。结果表明:白腐菌显著改变了煤体孔隙结构,其最佳溶煤条件为煤浆质量0.40 g、培养时间26 d、接种量6 mL;在此条件下,多尺度孔隙表征显示,煤体总孔容降低34.25%,孔径为1000~100000 nm是孔容损失的主体区间,比表面积减少43.79%,孔径为0.3~0.6 nm是比表面积损失的主体区间,综合分形维数D_(z)降低0.04;氧化动力学试验证实煤样综合判定指数IWRF上升了22.06%,自燃倾向性显著降低。白腐菌对煤自燃的抑制作用可源于物理隔氧-化学阻化的协同机制:形成生物膜覆盖煤表面阻断氧气扩散,降解类木质素组分,弱化孔隙连通性;分解煤中C=O、—OH等活性基团抑制链式氧化反应。这两重路径通过重塑孔隙结构与化学结构,共同抑制煤氧复合作用的发生。研究首次建立“溶煤参数-孔隙演化-自燃倾向性”的定量关联,为煤自燃防控提供新思路,为微生物防治煤自燃提供理论基础与技术参数。 展开更多
关键词 白腐菌 孔隙结构 自燃倾向性 煤自燃 多尺度联合表征
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煤自然发火颗粒尺度效应的定量分析方法
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作者 梁运涛 宋双林 +3 位作者 胡沛裕 王继红 王树刚 蒋爽 《煤炭学报》 北大核心 2026年第1期530-538,共9页
煤自然发火涉及多尺度研究,单煤颗粒是连接微观机理和宏观表征的关键尺度。现有研究在微观尺度和宏观尺度上均开展了大量的工作,但仍缺乏对颗粒尺度效应在煤自然发火中影响的定量分析和评价。首先基于等效球对称模型和煤氧化反应方程建... 煤自然发火涉及多尺度研究,单煤颗粒是连接微观机理和宏观表征的关键尺度。现有研究在微观尺度和宏观尺度上均开展了大量的工作,但仍缺乏对颗粒尺度效应在煤自然发火中影响的定量分析和评价。首先基于等效球对称模型和煤氧化反应方程建立了第3类边界条件下单煤颗粒内部温度和氧气浓度扩散控制方程,对数学模型进行无量纲处理,推导得到单煤颗粒内部无量纲氧气浓度和温度分布的解析解,定义并得到判断颗粒尺度效应强弱的效率因子数学表达式。进一步,通过对比数值方法与解析解的计算结果验证了解析解的正确性。最后,分析了几个关键无量纲准则数对颗粒内部无量纲氧气浓度、温度分布和效率因子的影响。结果表明:颗粒内部无量纲浓度分布是蒂勒模数和传质毕渥数的函数,而无量纲温度分布则涉及蒂勒模数、传质毕渥数、传热毕渥数以及新得到的准则数4个无量纲准则数;效率因子与蒂勒模数和传质毕渥数有关;当蒂勒模数小于0.1且传质毕渥数大于0.1时,效率因子接近于1.0,此时完全可以忽略颗粒效应;当蒂勒模数大于2.0时,效率因子总是低于0.8,应考虑颗粒效应的影响。工程上可以依据所提出的表征颗粒尺度效应强弱的效率因子计算式进行估算,从而决定是否需要考虑颗粒尺度效应。研究成果为定量分析单煤颗粒微观特性对宏观表征的影响以及后续多尺度仿真模型的建立奠定了基础。 展开更多
关键词 煤炭自然发火 分析解 颗粒尺度 效率因子 多尺度
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阻化液对煤体孔裂隙结构的影响及其渗流规律
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作者 郑三龙 陈梦乔 +4 位作者 孙路路 杨旭 张立魁 刘龙飞 段守雷 《煤矿安全》 北大核心 2026年第1期56-64,共9页
预注阻化液是煤自燃源头预防技术,可以有效解决煤氧化引起的火灾问题。为了研究阻化液对煤体孔裂隙结构的影响及其渗流规律,基于CT扫描和CT三维重构技术构建煤体三维孔裂隙结构模型,阐明了阻化液对煤体微观孔裂隙结构的影响;基于煤体真... 预注阻化液是煤自燃源头预防技术,可以有效解决煤氧化引起的火灾问题。为了研究阻化液对煤体孔裂隙结构的影响及其渗流规律,基于CT扫描和CT三维重构技术构建煤体三维孔裂隙结构模型,阐明了阻化液对煤体微观孔裂隙结构的影响;基于煤体真实孔裂隙结构,采用Comsol模拟煤体微观孔裂隙中阻化液渗流特性,研究煤体孔裂隙结构及不同压注条件对阻化液渗流效果的影响及其作用规律。结果表明:原煤的孔裂隙结构比阻化煤样更加致密,在孔径0~100μm范围内,经过阻化液处理后的煤样,孔裂隙数目小于原煤,煤样的分形维数和孔隙率分别减少了0.63%和19.30%,原煤的喉道发育程度比阻化煤样更显著,阻化液在一定程度上阻碍了煤体喉道的发育;原煤经过阻化液处理后,平均配位数减少了17.9%,煤样连通孔隙面积和连通体积占比分别减少了32.4%和4.7%;随着渗流压力的增大,平均渗流速度逐渐增大,最大渗流速度出现在孔径较大的孔隙处,即截面位置192μm处;在截面位置0~192μm范围内,由于存在连通性好、孔径较大的孔隙通道,其压力场变化更趋于平缓。综上可知,阻化液在一定程度上抑制了煤体孔喉结构和连通性的发育,结构的变化会影响阻化液在煤体内部的渗流特性,进而影响阻化液在煤体内部的覆盖面积,减少煤体与氧气的接触面积,延缓煤氧复合反应的速度,达到阻燃的目的。 展开更多
关键词 煤自燃 预注阻化液 CT扫描 孔喉结构 渗流规律 孔裂隙结构 三维重构
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浸水时长对未干燥煤低温氧化特性的影响实验研究
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作者 孙锦川 秦跃平 唐飞 《煤矿安全》 北大核心 2026年第2期115-123,共9页
为模拟井下浸水煤样的低温氧化过程,探究浸水时长对未干燥煤低温氧化特性的影响。通过自主开发的气浴式煤低温氧化实验系统,对安泽矿区12组不同浸水时长的未干燥煤样进行程序升温实验,分析了煤在低温氧化不同阶段的气体产出和表观活化... 为模拟井下浸水煤样的低温氧化过程,探究浸水时长对未干燥煤低温氧化特性的影响。通过自主开发的气浴式煤低温氧化实验系统,对安泽矿区12组不同浸水时长的未干燥煤样进行程序升温实验,分析了煤在低温氧化不同阶段的气体产出和表观活化能变化规律,并基于实验结果探讨了其中的微观机理。结果表明,不同温度阶段,不同浸水时长对煤的低温氧化能力有着不同的影响:在75℃之前,水分对煤氧反应起到抑制作用,并且浸水时间越长,抑制效果越显著,出口氧气体积分数和缓慢氧化(SI)阶段的表观活化能随浸水时间增加逐渐增大,标准耗氧速率和标准CO生成速率随浸水时间增加逐渐减小;75℃之后,水分对煤氧反应起到促进作用,并且浸水时间越久,促进作用越明显,出口氧气体积分数和加速氧化(SII)阶段的表观活化能随浸水时间增加逐渐减小,标准耗氧速率和标准CO生成速率随浸水时间增加逐渐增大。根据推断,这与水浸后煤样内部发生的一系列复杂物理化学变化有关:在75℃之前,煤体中的水分吸热蒸发,阻碍氧气扩散,抑制了煤氧反应;而在75℃之后,煤中水分大量蒸发,在水的侵蚀作用下,煤体的物理结构发生改变,同时也暴露出更多的化学基团,一些化学反应释放热量,共同促进煤氧反应。 展开更多
关键词 遗煤自燃 水浸煤 浸水煤样 煤低温氧化 表观活化能 微观机理
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不同通风模式下采空区煤层氧化自燃带分布特征
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作者 赵先凯 张朝举 《陕西煤炭》 2026年第3期48-53,共6页
【目的】为了有效预防皖北矿区采空区煤自燃风险,【方法】采用数值模拟与实地观测相结合的方法进行了深入研究。通过Fluent软件对朱集西矿13403工作面在“留巷进风”和“留巷回风”2种模式下的氧气与温度分布进行分析。与此同时,建立了... 【目的】为了有效预防皖北矿区采空区煤自燃风险,【方法】采用数值模拟与实地观测相结合的方法进行了深入研究。通过Fluent软件对朱集西矿13403工作面在“留巷进风”和“留巷回风”2种模式下的氧气与温度分布进行分析。与此同时,建立了基于动态网格的动态模拟方法,以朱集西矿13403工作面为原型进行了动态模拟。【结果】结果显示,在2种模式下,13403工作面的运输顺槽侧及工作面中部的氧化自燃带明显变窄,而留巷侧的变化则相对不明显。从防火的角度来看,“留巷进风”模式显得更为优越;在不考虑采空区漏风的情况下,采空区氧气浓度仅随着工作面推进不断前移,分布形状基本保持不变。当采空区蓄热条件良好时,机巷一侧温度最先升高。【结论】这些研究结果为制定更为科学的防灭火策略提供了有力依据,确保了工作面的安全开采。 展开更多
关键词 采空区 煤自燃 危险区域 防灭火
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08201工作面CO来源辨识及综合治理实践
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作者 石德忠 《山西焦煤科技》 2026年第2期34-37,共4页
以某矿08201工作面CO超限为背景,从煤氧结合角度对回采工作中遗煤量和漏风情况进行分析辨别,明确了回采工作面和临近采空区是造成工作面CO浓度异常的主要原因;通过提高回采速度、降低遗煤量、减少漏风、井上下注浆、调整风量等协同治理... 以某矿08201工作面CO超限为背景,从煤氧结合角度对回采工作中遗煤量和漏风情况进行分析辨别,明确了回采工作面和临近采空区是造成工作面CO浓度异常的主要原因;通过提高回采速度、降低遗煤量、减少漏风、井上下注浆、调整风量等协同治理措施,有效抑制了灾害的进一步发生,维持了矿井的正常生产。 展开更多
关键词 CO超限 煤氧结合 遗煤量 漏风量 协同治理
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基于逐步回归分析的煤自燃特征温度和结构特性定量表征
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作者 颜浩东 张渝 +2 位作者 王福生 李亚欣 刘雨鑫 《煤炭技术》 2026年第1期15-22,共8页
为了系统探讨煤自燃倾向性的影响因素,基于逐步回归分析方法,提出以煤样的工业分析参数、孔隙结构参数、官能团含量和燃烧活化能为自变量,燃点温度为因变量预测煤自燃模型,揭示煤自燃特性与微观结构间的关联。结果表明:6个煤样的孔隙分... 为了系统探讨煤自燃倾向性的影响因素,基于逐步回归分析方法,提出以煤样的工业分析参数、孔隙结构参数、官能团含量和燃烧活化能为自变量,燃点温度为因变量预测煤自燃模型,揭示煤自燃特性与微观结构间的关联。结果表明:6个煤样的孔隙分形维数平均值为2.770,孔隙结构较为复杂,煤氧反应时可以提供更多的吸附位点;XL3的燃点温度最低为486℃,燃烧活化能也最低,为82.01 k J/mol;燃点温度y=381.152-1.494S_(BET)+21.550I_(C-O),R^(2)=0.998,表明了BET比表面积和C—O峰强度可以解释燃点温度99.8%变化的原因,且C—O峰强度对燃点温度的影响更为显著。研究结果揭示了煤体孔隙比表面积与含氧官能团是控制自燃倾向性的核心因素,为煤自燃风险评估提供了理论依据。 展开更多
关键词 自燃倾向性 官能团 孔隙 特征温度 活化能
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有机溶剂萃取低分子化合物对煤自燃的影响试验研究
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作者 方珍珠 朱建文 +2 位作者 张杰 李江江 崔传波 《煤矿安全》 北大核心 2026年第2期124-132,共9页
为研究煤中低分子化合物对煤自燃的影响,基于有机溶剂萃取低分子化合物技术,选用甲醇(JC)、四氢呋喃(THF)、二甲基甲酰胺(DMF) 3种有机溶剂通过索氏萃取和超声波辅助萃取煤中低分子化合物,通过傅里叶变换红外光谱(FTIR)试验、比表面积测... 为研究煤中低分子化合物对煤自燃的影响,基于有机溶剂萃取低分子化合物技术,选用甲醇(JC)、四氢呋喃(THF)、二甲基甲酰胺(DMF) 3种有机溶剂通过索氏萃取和超声波辅助萃取煤中低分子化合物,通过傅里叶变换红外光谱(FTIR)试验、比表面积测试(BET)试验分析煤结构的变化,利用程序升温试验测试低分子化合物对煤自燃的影响。结果表明:萃取方式不会影响3种溶剂的萃取率变化趋势,均为DMF>THF>JC;超声波辅助萃取的萃取率均大于索氏萃取的萃取率,JC、THF、DMF超声辅助萃取率较索氏萃取的萃取率分别增长了33.77%、112.15%、87.85%。超声波辅助萃取对官能团的影响大于索氏萃取,JC、DMF、THF索氏萃取后官能团面积增加了22.74%、25.05%、15.26%,超声波辅助萃取后增加了28.85%、33.71%、21.31%。原煤经过JC萃取后,萃余煤的官能团含量变化幅度较小;经THF萃取后,-OH的含量减少,其他含氧官能团占比增加;经DMF萃取后,煤样中的脂肪烃含量大幅度减少,-OH和-COOH含量略微下降,C=O和C-O含量大幅度增加。萃取出低分子化合物后,孔隙的复杂程度增加,JC、THF、DMF索氏萃取后最大孔容分别达到0.053、0.060、0.040 cm^(3)/g,介孔占比由之前的75.0%扩大到了83.0%、77.5%、83.3%,大孔占比从原煤的25.0%下降到了17.0%、22.5%、16.7%;超声波辅助萃取后,总孔容较索氏萃取增加了0.129、0.120、0.120 cm^(3)/g,超声波产生的极大能量使溶剂更好地渗透到煤分子当中,萃取作用效果优于索氏萃取。萃余煤耗氧能力与萃取率的大小呈正相关关系,对于同一种溶剂来说,超声波辅助萃取煤样的耗氧量整体高于索氏萃取煤样,因为孔径和比表面积的增加给萃余煤更多的活性位点,有利于发生氧化反应;萃余煤的CO体积分数增长趋势和耗氧能力均为DMF>THF>JC,说明煤中的小分子结构对煤自燃有抑制作用。 展开更多
关键词 有机溶剂 萃取技术 低分子化合物 索氏萃取 微观结构 煤自燃 超声波辅助萃取
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含瓦斯环境下风干水浸贫瘦煤的自燃特性研究
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作者 王晓琰 年军 +2 位作者 吕晓波 赵博 杜丽敏 《煤矿安全》 北大核心 2026年第1期45-55,共11页
为明确井下长期处于水浸和含瓦斯风流下遗煤的自燃风险,研究水浸和瓦斯双重作用对其自燃特性的影响,将部分煤样用蒸馏水在30℃恒温下浸泡30 d后得到水浸煤样,采取煤自燃程序升温实验、同步热分析实验和红外光谱实验,分析在0、1.5%、3.0%... 为明确井下长期处于水浸和含瓦斯风流下遗煤的自燃风险,研究水浸和瓦斯双重作用对其自燃特性的影响,将部分煤样用蒸馏水在30℃恒温下浸泡30 d后得到水浸煤样,采取煤自燃程序升温实验、同步热分析实验和红外光谱实验,分析在0、1.5%、3.0%3种体积分数的瓦斯气氛下风干后的原煤和水浸煤在其相应的瓦斯体积分数下的低温氧化过程中的氧化产物、表观活化能和放热强度随温度的变化规律,以及低温氧化后的官能团演化特征。结果表明:随着瓦斯体积分数的增加,低温氧化过程中,2种煤样的耗氧速率、氧化产物生成速率、总放热量以及活性基团相对含量在逐渐减少;水浸煤氧化进程中的耗氧速率、总放热量以及活性基团相对含量的降幅大于原煤;C_(2)H_(4)出现、热平衡以及热流达到峰值时的温度均随瓦斯体积分数的增加而升高,表现出明显的温度“滞后现象”,且水浸煤升高幅度均大于原煤;低温氧化所需的活化能也逐渐增加,且水浸煤增量大于原煤;在同一瓦斯体积分数下,水浸煤的耗氧速率、氧化产物生成速率、总放热量以及活性基团相对含量均大于原煤;C_(2)H_(4)的出现、热平衡、低温氧化所需的活化能以及热流峰值温度点小于原煤。综合分析可以发现,水浸煤相较于原煤表现出更强的自燃性,因此同一瓦斯体积分数下,瓦斯对水浸贫瘦煤的氧化抑制作用更强;但水浸对贫瘦煤自燃的促进作用大于瓦斯对水浸煤的抑制作用;在低瓦斯体积分数环境下水浸贫瘦煤相较于原煤更易氧化和自燃。 展开更多
关键词 煤自燃特性 瓦斯 水浸煤 表观活化能 放热强度 官能团演化特征
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煤活性基团超声萃取离散化与静电势分布特性
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作者 梁旭 张慧峰 +2 位作者 高成登 张玉涛 刘可忻 《西安科技大学学报》 北大核心 2026年第2期330-339,共10页
煤低温氧化关键活性基团的反应特性是揭示煤自燃机理与防控的核心,研究其演变规律与作用机制对高效靶向阻化材料的开发和煤自燃预测具有重要的理论与实践意义。选取无烟煤为研究对象,通过超声萃取技术与量子化学计算方法,系统探究羟基(-... 煤低温氧化关键活性基团的反应特性是揭示煤自燃机理与防控的核心,研究其演变规律与作用机制对高效靶向阻化材料的开发和煤自燃预测具有重要的理论与实践意义。选取无烟煤为研究对象,通过超声萃取技术与量子化学计算方法,系统探究羟基(-OH)、醛基(-CHO)、甲基(-CH_(3))及苯环侧链基团的氧化反应机制;依据“相似相溶”原则,选取乙二胺、N-甲基吡咯烷酮(NMP)、正己烷和甲苯作为萃取剂,利用Gaussian 16量子化学软件构建煤分子结构,通过FTIR试验对萃余煤样的结构变化进行验证,阐明关键基团在煤低温氧化过程中的演变规律及其对自燃倾向性的影响。结果表明:煤自燃关键基团稳定性顺序为Ar-CHO>苯环侧链>Ar-OH>Ar-CH_(3),芳香甲基稳定性最差,其活性位点最易被氧化攻击并引发链式反应;醛基基团最稳定、活性最低且不易参与反应;乙二胺通过N-H-O氢键可高效萃取-OH,NMP与碳氧基团能够形成强氢键,正己烷依赖色散力可以溶解脂肪族结构L;甲苯则通过π-π堆叠作用能够靶向萃取芳香族组分。研究结果揭示了煤活性基团与萃取剂分子间的相互作用机制,为开发靶向阻化材料提供了一定的理论依据。 展开更多
关键词 煤自燃 活性基团 超声萃取 氧化反应 弱相互作用 煤分子离散化
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地下煤火阴燃自维持特性与热浮力驱动供氧能耗研究
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作者 戴仁坤 宋泽阳 +2 位作者 芦星 肖旸 邓军 《煤矿安全》 北大核心 2026年第2期43-49,共7页
地下煤火是一种全球性的重大灾害,其可以在自身产生的高温烟气引发的热浮力驱动作用下保持长期的自维持阴燃,这种自维持特性是地下煤火持久致灾、极难防控的根本原因,如何理解这种自维持特性仍是尚未解决的科学难题。从能量分析的角度... 地下煤火是一种全球性的重大灾害,其可以在自身产生的高温烟气引发的热浮力驱动作用下保持长期的自维持阴燃,这种自维持特性是地下煤火持久致灾、极难防控的根本原因,如何理解这种自维持特性仍是尚未解决的科学难题。从能量分析的角度探索地下煤火的自维持特性原理,通过搭建小尺度实验装置开展热浮力驱动地下煤火物理相似实验,利用不同厚度的多孔泡沫构建不同的热浮力驱动供风条件,结合数值模拟获得了不同热浮力驱动供风条件下地下煤火阴燃过程中烟气温度、热浮力及其引起的风速变化,并进一步分析了热浮力驱动供氧能耗与烟气排出能量之间的关系。结果表明:随着泡沫厚度的增加,烟气温度逐渐降低,热浮力及其引发的风速均逐渐减小,地下煤火阴燃强度逐渐减弱,热浮力驱动供氧能耗逐渐减少,但其相对于烟气排出能量的比值变化不大;热浮力驱动供氧能耗相对于烟气排出能量的比值随地裂缝深度增加而增大,但总体比值极小,随地裂缝深度变化在10^(-5)~10^(-3)区间内变化;相对于烟气排出能量,仅需耗费极小比例(可低至十万分之一)便可以实现热浮力驱动下的地下煤火自维持蔓延,这也是地下煤火极难防控的根本原因之一。 展开更多
关键词 地下煤火 阴燃 热浮力 自维持 能量分析
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煤自燃微观活性结构动态演化与平行反应机制
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作者 王凯 李全芳 +1 位作者 邓军 李鑫 《煤炭学报》 北大核心 2026年第2期1391-1403,共13页
煤自燃是多步平行反应协同放热并积聚的结果,其放热特性与微观活性结构演化密切相关。为揭示煤自燃多步平行反应路径,采用差示扫描量热、傅里叶原位红外试验与电子顺磁共振试验等手段,测试了变质程度由低到高的4种煤样(SYS、ZJM、YZ、LF... 煤自燃是多步平行反应协同放热并积聚的结果,其放热特性与微观活性结构演化密切相关。为揭示煤自燃多步平行反应路径,采用差示扫描量热、傅里叶原位红外试验与电子顺磁共振试验等手段,测试了变质程度由低到高的4种煤样(SYS、ZJM、YZ、LF)氧化升温过程中官能团与自由基演变特征。结果表明:4种变质程度煤自燃过程均存在脱水脱气、吸附氧气、氧化分解、气相燃烧、固相燃烧等5类平行反应序列,其放热曲线变化及特征温度点偏移与平行反应序列的叠加竞争有关。不同变质程度煤样的活性结构分布差异影响氧化自燃的反应路径,随着变质程度的升高,煤样氧化分解温度降低、燃点温度滞后。不同平行反应序列对煤自燃放热变化的贡献存在差异,脱水脱气与吸附氧气物理反应序列对煤自燃热量变化的贡献率十分微小,在2%左右。氧化分解反应对SYS煤样放热贡献率达67.4%,而气相与固相燃烧反应序列在ZJM、YZ和LF煤样中占据主导地位。ZJM和YZ煤样因放热型反应序列的叠加呈现双放热峰特征,升温速率提高会延迟特征温度但增强了燃烧强度。各阶段官能团与自由基的定性定量分析表明了煤自燃过程中的平行反应类型与协同作用机制。反应初期,羟基和脂肪烃与物理吸附氧反应生成氢过氧化物—OOH,自由基浓度先降后升,煤样热流曲线呈现微小吸热峰;随着温度升高,氧化分解反应占据主导地位,α位带羟基的次乙基键与氧气反应生成醚键,过氧化物大量分解,自由基浓度增长1.8倍左右。其中,中等变质程度的ZJM和YZ煤样因氧化分解反应放热,其热流曲线呈现肩峰。中高温阶段,芳环吸附氧形成的过氧化物前驱体裂解产生羰基,脂肪链断裂促使自由基浓度达到峰值。高温阶段,气相燃烧主导反应,C=O持续呈现高吸光度,芳烃—CH峰面积比衰减60%左右。研究阐明了煤自燃平行反应序列类型及微观活性结构演变规律,明确了平行反应序列的作用路径及煤自燃放热关键官能团。 展开更多
关键词 平行反应 官能团 变质程度 特征温度 自由基
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变薄煤层空隙结构对自燃“三带”分布的影响研究
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作者 王金铭 《山西焦煤科技》 2026年第2期7-11,共5页
以山东某煤矿3606工作面变薄煤层为背景,采用DEM-CFD耦合模拟,结合PFC、FLUENT软件,探究综采放顶煤开采中煤层厚度变化对采空区自燃区域的影响。结果显示:煤层由7 m减薄至5 m、3 m时,覆岩压实增强,上覆岩性转变使空隙率非线性递减;自燃... 以山东某煤矿3606工作面变薄煤层为背景,采用DEM-CFD耦合模拟,结合PFC、FLUENT软件,探究综采放顶煤开采中煤层厚度变化对采空区自燃区域的影响。结果显示:煤层由7 m减薄至5 m、3 m时,覆岩压实增强,上覆岩性转变使空隙率非线性递减;自燃区域缩小,进风侧前移距离远大于回风侧,且自燃区域左侧边缘随煤厚减薄由不规则波浪状渐趋平整。 展开更多
关键词 变薄煤层 采空区 DEM-CFD耦合 自燃区域 空隙率
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煤矿采空区自燃分级预警系统的设计与应用
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作者 周炜光 邓会杨 +2 位作者 朱万 钟超 罗欢欢 《科技创新与应用》 2026年第10期120-123,共4页
采空区煤炭自燃是煤矿火灾的主要诱因之一,也是引起瓦斯爆炸、煤尘爆炸等次生灾害的主要隐患之一,其严重影响煤炭开采、威胁人员生命安全。多数采空区煤自燃预警系统的数据处理能力弱,缺乏智能化的深层模式识别和动态预警能力。该文探... 采空区煤炭自燃是煤矿火灾的主要诱因之一,也是引起瓦斯爆炸、煤尘爆炸等次生灾害的主要隐患之一,其严重影响煤炭开采、威胁人员生命安全。多数采空区煤自燃预警系统的数据处理能力弱,缺乏智能化的深层模式识别和动态预警能力。该文探讨一种采空区煤自燃预警系统的设计、实现和应用情况。通过融合分析多维数据并结合自燃三带理论,构建“感知-分析-预警”一体化的分级预警系统,实现煤温预测、煤自燃超前预警,提升煤矿火灾防控能力,对实现智能化矿山安全管理具有重要意义。 展开更多
关键词 煤矿火灾 自燃三带 分级预警 煤温预测 采空区
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综采工作面上隅角CO综合治理研究
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作者 张瑞 《陕西煤炭》 2026年第2期128-132,共5页
【目的及方法】针对矿井2301工作面上隅角CO浓度波动较大,影响矿井安全通风的情况,通过现场调研、室内试验和现场试验等方法对CO来源进行综合测定。【结果】得出如下结论,上隅角CO主要来源于遗煤的低温氧化,试验确定煤样在40.0~285.0℃... 【目的及方法】针对矿井2301工作面上隅角CO浓度波动较大,影响矿井安全通风的情况,通过现场调研、室内试验和现场试验等方法对CO来源进行综合测定。【结果】得出如下结论,上隅角CO主要来源于遗煤的低温氧化,试验确定煤样在40.0~285.0℃的氧化过程中CO气体浓度与温度呈正相关关系。在40.0~100℃、100.0~150.0℃、150.0~260℃和260.0℃以上等多个温度阶段时,CO的产生量逐级攀升,并通过采空区煤自然发火三带进行测定,确定随着工作面向采空区深部漏风量的减少和采空区遗煤氧化时间的增加,采空区深部耗氧量增加,漏风量减少,氧气浓度逐渐降低。【结论】针对CO现状,针对性提出包括干冰防灭火在内的多种治理措施,现场实践表明,CO治理措施有效。研究结论可为矿井后续支护方案的设计提供依据。 展开更多
关键词 上隅角 遗煤 低温氧化 自然发火三带 治理体系
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