【摘 要】
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煤在低温氧化过程中,一旦脱水升温会加速,甚至发生自燃,但是水份在其中的影响作用机理尚不清晰,因此研究水份在此过程中的影响作用机理对煤自燃灾害预测预报和防治都具有重要意义。通过干燥称重和工业分析测试了煤中水份,分析了其主要影响因素。煤中外水和部分可室温干燥脱除内水是自由水,其余室温干燥不可脱除水是结合水。自由水含量受煤的性质、外部环境、开采技术条件等因素影响,其他条件相同时,与表面裂隙占比正相关。常
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煤在低温氧化过程中,一旦脱水升温会加速,甚至发生自燃,但是水份在其中的影响作用机理尚不清晰,因此研究水份在此过程中的影响作用机理对煤自燃灾害预测预报和防治都具有重要意义。通过干燥称重和工业分析测试了煤中水份,分析了其主要影响因素。煤中外水和部分可室温干燥脱除内水是自由水,其余室温干燥不可脱除水是结合水。自由水含量受煤的性质、外部环境、开采技术条件等因素影响,其他条件相同时,与表面裂隙占比正相关。常温常压下,结合水含量基本保持恒定,受煤矿物成分、微孔分布、变质程度等影响;随变质程度加深和微孔总孔容减小,含量降低。使用FTIR、ESR研究了煤样官能团和自由基浓度随含水量和氧化程度变化的规律。结果发现,含氧官能团随氧化温度升高,一般先减少后增多;随含水量降低,除‐COOH和C=O外其他官能团不变。干燥脱水煤（脱水温度≦105℃）自由基浓度,含水量高时随含水量降低先增加后减小;含水量低时随含水量降低而减小。使用自燃倾向性测定仪和低温氧化特性测试系统分别测定了煤物理吸氧和低温氧化过程,分析升温和气态产物释放受含水量影响的规律。结果发现,煤中两类水通过堵塞通道、占据吸附位等作用抑制氧吸附。易自燃高含水煤脱水至临界值的温度越接近室温,自燃风险越高。煤含水量高于临界值,有利于表面活性位点蓄积;低于临界值,情况相反。低温氧化过程临界温度以下和以上分别对应两类活性位点为主的反应;它们在水份影响下的消耗和蓄积引起低温氧化特性不同。使用自燃倾向性测定仪和微量量热仪分别测定了煤物理吸氧热效应和程序升温氧化热效应,并分析含水量对它们的影响。结果发现,随着含水量降低、温度升高,煤样的物理吸氧热效应分为放热和吸热两阶段。煤程序升温过程由于受两类活性位点种类和数量、氢键水脱附、物理吸氧热效应等的影响,热流曲线呈现三阶段变化规律;含水量越低,分段温度T1越低,氢键水脱附温度越高,分段温度T2越高。建立了煤大分子结构基本单元模型,运用Gaussian 09分析了水分子与活性基团形成氢键,在煤表面吸附和脱附的规律,提出了活性基团和水分子层的溶剂-溶质体系模型和煤低温氧化过程中水份影响作用机理。利用提出的机理计算了煤自燃最优吸附水分子层厚度,研究了浸水或淋雨煤风干更容易自燃的现象。图85表42参140
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