[发明专利]基于双吸氧量的煤自燃倾向性鉴定方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种煤自燃倾向性测定方法，适用于煤自燃倾向性的鉴定、分类以及煤自燃过程的研究。

背景技术

煤炭自燃是我国煤矿安全生产领域面临的一个突出性问题。我国有自燃倾向性的煤层占开采煤层总数的80％左右，其中国有重点煤矿可采厚煤层的矿井基本上都存在不同程度的自然发火的问题。煤的自燃倾向性是煤体本身的内在属性，是煤低温氧化的动态表现，当煤与氧发生接触时，煤的低温氧化过程就开始进行。不同矿井，不同煤层的煤具有不同的自燃倾向性，科学地鉴定煤的自燃倾向性，合理地划分煤的自燃倾向等级，对煤矿安全生产、人员生命安全以及资源可持续发展都具有重要意义。

目前，我国煤炭行业对煤炭自燃倾向性主要采用色谱流动态吸氧法来鉴定和划分煤的自燃倾向性等级，以煤在常温常压下对氧的物理吸附来确定煤对氧的吸附能力。煤的低温氧化过程是一个复杂的动态过程，在煤的低温氧化过程中，会涉及到一系列的物理化学过程：物理吸附氧—化学吸附氧—煤的自燃。在煤自然发火的每一个阶段，煤的氧的亲合力及作用机理是不同的。物理吸附氧与煤体表面性质、孔结构以及比表面积有关，是煤的物理特性的一个表现；化学吸附氧是煤中化学官能团及活性位点与氧通过化学作用力结合在一起，与煤的反应活性有关，是煤化学特性的一种表现，是物理吸附氧的发展结果。因此煤的自燃倾向性与煤的物理吸附氧和化学吸附氧都有很大的关系，仅以单一的物理吸氧量或化学吸氧量都很难准确地评价和划分煤的自燃倾向等级。同时在煤自然发火过程中，物理吸附氧及化学吸附氧在不同阶段的贡献能力是不同的。在煤低温氧化早期，氧化反应受化学反应控制，以物理吸附氧为主，物理吸氧量对煤低温氧化的进一步发展起到重要作用。当煤低温氧化处于加速氧化阶段，煤的化学吸附氧对煤的自然发火起到重要作用。因此把物理吸氧量和化学吸氧量结合起来分析，加以权重计算，才能够科学地对煤自燃倾向性进行鉴定。

发明内容

本发明要解决的问题是提出一种方法简单操作方便，可定量分析，能够科学地鉴定煤自燃倾向性，合理地划分煤自燃倾向性等级。

为解决上述技术问题，本发明采用的测定方法步骤如下：

(1)煤样的制备：取新鲜的煤样去其表层，在常温常压氮气保护气下进行破碎，筛选出粒径为一定粒径的煤样，对其进行真空干燥，处理后的煤样作为实验用煤。

(2)对反应器进行氮气吹扫，然后取一定质量的煤样放入螺旋式反应器中，对煤样进行氮气吹扫。

(3)设定程序参数，让加热炉在30℃条件下恒温运行，把反应器平稳的放入加热炉内，将气路切换成干空气，以稳定的流速通入反应器内。

(4)用气相色谱仪测试反应器出口的气体浓度，观察O₂浓度变化，记录O₂浓度数据，当O₂浓度恢复至原始浓度时，停止采样，将反应器中的煤样倒出。

(5)将程序温度设定在90℃，重复步骤(2)—(4)，记录O₂浓度，当O₂浓度变得平稳时，停止采样。

(6)根据O₂浓度的变化，分别计算在30℃及90℃条件下的实验煤样的O₂量。

(7)将计算得到的耗氧量代入下列的公式进行计算，得到煤自燃倾向性指数I值；

在30℃时：I₃₀＝α(A_O2-a)/a

在90℃时：I₉₀＝β(A_O2’-b)/b

权重计算得到煤自燃倾向性指数I值，I＝I₃₀+I₉₀

式中：I为煤自燃倾向性指数；

A_O2为煤样在30℃时的每克煤样的低温耗氧量；

A_O2′为煤样在90℃时的每克煤样的低温耗氧量；

I₃₀和I₉₀分别是煤样在30℃和90℃时的煤自燃倾向性指数；

a和b分别为煤低温氧化过程中物理吸附氧和化学吸附氧的稳态参数，30℃时a取参数为0.8ml/g,90℃时b取参数0.4ml/g，

α和β分别为煤低温氧化过程中物理吸附氧和化学吸附氧对煤自燃的权重系数，

α＝int(10(A_O2-a))+1，

β＝int(10(A_O2’-b))+1，

int为取整符号。