[发明专利]一种煤实验最短自然发火期的测量方法

说明书

本发明涉及一种煤实验最短自然发火期的测量方法，属于煤测试方法，解决了现有煤实验最短自然发火期的测量方法复杂、测量准确度低、周期长的问题。本发明的测量方法，首先在设定的氧气浓度气流下做一系列固定升温速率下的程序升温实验，处理获得水分蒸发和吸氧增重两个阶段的动力学参数和最概然机理函数随转化率变化的函数关系式E(α)、g(α)和A(α)，然后挑选程序升温过程中的多个温度，在设定的氧气浓度气流下做恒温实验，处理获得各阶段温度随转化率变化的函数关系T(α)，获得水分蒸发阶段和吸氧增重阶段所需时间，相加即获得煤样的实验最短自然发火期。该方法简单、测量周期短、测试结果准确，为指导煤矿现场生产提供重要依据。

技术领域

本发明涉及煤测试方法，尤其涉及一种煤实验最短自然发火期的测量方法。

背景技术

我国是世界上煤自燃发火最严重的国家，据统计，国有重点煤矿中存在较为严重煤自燃现象的矿井约占56％。煤的自然发火期是指导煤矿现场生产的重要参数。

目前，自然发火期的测试方法有：统计法、类比法、大型实验台法、小试样绝热实验法、建立发火模型法等。统计法和类比法得结果是根据已有的基础数据获得的，存在经验误差；大型实验台法是通过建立大型发火平台，在实验室模拟井下煤自燃发火的过程，该方法获得的结果虽然准确性较高，但是实验周期长、用煤量大、成本高；小试样绝热实验法是通过建立小试样绝热自燃装置，模拟自燃过程，该方法虽然成本低、周期短，但通过小试样实验很难说明大量煤自燃发火的特性；建立发火模型法是通过抓住影响煤自燃的主要因素而忽略次要因素，获得的结果准确性较差。

发明内容

鉴于上述的分析，本发明旨在提供一种煤实验最短自然发火期的测量方法，用以解决现有煤实验最短自然发火期的测量方法复杂、用煤量大、测量准确度低、周期长的问题。

本发明的目的主要是通过以下技术方案实现的：

本发明的煤实验最短自然发火期测量方法如下：

一种煤实验最短自然发火期的测量方法，包括以下步骤：

步骤S1：对煤样进行程序升温实验，包括水分蒸发阶段和吸氧增重阶段，获得所述阶段不同升温速率下的一系列热重变化数据；

步骤S2：根据所述热重变化数据计算获得所述阶段一系列的转化率；根据所述转化率计算获得不同转化率下的表观活化能，并拟合获得表观活化能与转化率函数；获取最概然机理函数；根据各转化率下的截距和最概然机理函数获得对应转化率下的指前因子，并由动力学补偿效应获得所述阶段的指前因子与转化率函数；

进行恒温实验，在所述阶段中分别选取多个实验温度作为恒温实验温度，获得所述阶段各恒温温度下煤样反应最终剩余热重，根据所述热重计算转化率，拟合获得所述阶段的温度与转化率函数；

步骤S3：对Arrhenius速率方程积分变化获得自然发火期求解公式，分别将所述阶段表观活化能与转化率函数、最概然机理函数、指前因子与转化率函数以及温度与转化率函数带入到所述求解公式中，获得水分蒸发阶段和吸氧增重阶段的反应时间，所述反应时间相加获得煤样实验最短自然发火期。

在上述方案的基础上，本发明还做了如下改进：

进一步地，根据常用固相反应动力学机理函数以及不同转化率对应的温度，获得各转化率下各机理函数对应的概然活化能，与所述表观活化能数值最接近的概然活化能所对应的机理函数，即为最概然机理函数。

进一步地，所述程序升温实验包括如下步骤：在所述步骤S1中，在程序升温仪中分别通入设定氧气浓度的气流，流量为100ml/min；设置初始温度为环境温度，升温速率分别为1℃/min、2℃/min、4℃/min和8℃/min，实验结束温度为400℃，每次实验均取10mg煤样。

进一步地，所述程序升温实验中阶段转化率计算公式为：