煤自燃傾向性的氧化動力學測定方法與裝置

《煤自燃傾向性的氧化動力學測定方法與裝置》是依託中國礦業大學，由王德明擔任項目負責人的專項基金項目。

基本介紹

• 中文名：煤自燃傾向性的氧化動力學測定方法與裝置
• 項目類別：專項基金項目
• 項目負責人：王德明
• 依託單位：中國礦業大學

項目摘要

煤自燃傾向性測試是煤自燃防治工作的重要基礎。針對煤自燃過程呈現的明顯分段特性和現有測定方法的不足，提出煤自燃傾向性氧化動力學測定方法，依據該方法，研製一種可實現多種溫控方式並與色譜分析於一體的煤自燃傾向性測試裝置。套用該裝置，可對煤低溫、臨界點和較高溫度狀態下的煤氧化產熱產物特性進行綜合測試，並實現測試過程自動化、數據處理智慧型化和快速測試。提出採用原位傅立葉紅外光譜儀和研製與順磁共振儀配套使用的可向試樣定量供氧裝備，對煤氧化過程中的官能團成分及自由基濃度變化等特徵參數進行線上測試。綜合套用自製裝置和改進的煤微觀結構現代測試儀，研究煤自燃過程中產熱產物巨觀參數與煤中官能團和自由基微觀參數之間的內在聯繫，構建煤自燃全過程的氧化動力學反應模型，研究並解決煤自燃過程的分段特性及產生機理的科學問題。項目研究對揭示煤的自燃機理和指導煤自燃火災的防治具有十分重要的理論和現實意義。

結題摘要

本項目研製了集多溫控方式與色譜分析一體化的煤自燃綜合特性測試儀，實現了煤自燃過程的絕熱氧化、交叉點溫度、耗氧和氣體產物等多種特性測試；針對煤的組成及結構的複雜性和多樣性，構建了各種連線方式的官能團結構單元群；通過對各官能團結構單元中的活性部位進行初步定性分析以及對其鍵離解能、電荷分布和前線軌道進行定量總結分析，得到了各類官能團結構單元的電荷積聚和前線軌道組成，確定了其活性部位及前線軌道的反應特徵；採用煤自燃綜合特性測試儀、原位傅立葉變換紅外光譜技術以及C80微量熱儀，闡明了煤低溫氧化產物的生成規律，測定了在程式升溫及連續恆溫流條件下煤中官能團的變化規律以及不同煤種氧化升溫微放熱特性及動力參數的變化，為煤自燃過程基元反應協作關係的推導和模型構建提供了實測數據的支撐；提出了煤自燃發展過程中的三類不同反應模式：煤中的官能團結構單元與氧氣發生的反應、自由基與氧氣作用及其自反應和煤中自由基與煤中官能團結構單元發生的反應，為揭示煤自燃及煤田火災發展機理奠定了基礎；研究了煤中各主要活性官能團的反應機理，並進行了量子化學的反應歷程驗證，總結提出了13個關鍵性的基元反應序列，建立了煤自燃基元反應模型；基於煤自燃基元反應模型，綜合分析了煤自燃過程中呈現的巨觀、微觀特性以及煤自燃溫升放熱的轉折溫度，建立了煤氧化動力學理論；基於煤氧化動力學理論，提出了煤自燃傾向性的氧化動力學測定方法，建立了煤自然發火期的氧化動力學時間度量模型。克服了前期煤自燃傾向性測定中存在的判定指標不科學、測試時間長、測試結果可重複性低、測試結果與煤礦現場實際發火情況存在偏差等不足，實現了自然發火期的科學、快速、便捷化測試。通過煤自燃綜合特性測試儀的改進，研發了煤自燃傾向性的氧化動力學測試裝置，實現了煤自燃傾向性和自然發火期的一體化測定；根據煤氧化動力學理論，研發了以抑制或阻斷煤中主要活性基團的反應序列為阻化機理的高效綠色化學阻化技術，實現了煤自燃災害的有效防治。通過研究，出版了《煤自燃氧化動力學理論及套用》專著，發表學術論文44 篇，其中SCI錄用2篇，EI、ISTP 收錄23篇；獲國家技術發明二等獎1項；申請國家發明專利3項,其中授權1項，申請並授權實用新型專利1項；研製煤自燃傾向性氧化動力學測試裝置一套。