基于雙吸氧量的煤自燃傾向性鑒定方法技術

本發明專利技術公開了一種基于雙吸氧量的煤自燃傾向性鑒定方法，將破碎篩選的煤樣放入螺旋反應器內，將反應器放入設定好的恒溫爐內，通入干空氣，分別在30oC和90oC條件下測定反應器出口氧氣濃度，根據氧氣濃度變化分別折算出每克煤樣在低溫氧化過程中的物理耗氧量及化學耗氧量，通過這兩個參數進行權重計算得到煤自燃傾向性判定指數，其值越大，越容易自燃。本發明專利技術取得的技術效果是：把煤低溫氧化過程的物理吸氧量與化學吸氧量有效結合來鑒定煤的自燃傾向性，從而有效的克服了單一依靠煤的物理吸附氧法不能全面評價煤自燃傾向性的不足。雙吸氧量法可以更科學合理地對煤的自燃傾向性進行鑒定，實現方法和測試過程簡單可行，分類標準統一。

【技術實現步驟摘要】
基于雙吸氧量的煤自燃傾向性鑒定方法
本專利技術涉及一種煤自燃傾向性測定方法，適用于煤自燃傾向性的鑒定、分類以及煤自燃過程的研究。
技術介紹
煤炭自燃是我國煤礦安全生產領域面臨的一個突出性問題。我國有自燃傾向性的煤層占開采煤層總數的80％左右，其中國有重點煤礦可采厚煤層的礦井基本上都存在不同程度的自然發火的問題。煤的自燃傾向性是煤體本身的內在屬性，是煤低溫氧化的動態表現，當煤與氧發生接觸時，煤的低溫氧化過程就開始進行。不同礦井，不同煤層的煤具有不同的自燃傾向性，科學地鑒定煤的自燃傾向性，合理地劃分煤的自燃傾向等級，對煤礦安全生產、人員生命安全以及資源可持續發展都具有重要意義。目前，我國煤炭行業對煤炭自燃傾向性主要采用色譜流動態吸氧法來鑒定和劃分煤的自燃傾向性等級，以煤在常溫常壓下對氧的物理吸附來確定煤對氧的吸附能力。煤的低溫氧化過程是一個復雜的動態過程，在煤的低溫氧化過程中，會涉及到一系列的物理化學過程：物理吸附氧—化學吸附氧—煤的自燃。在煤自然發火的每一個階段，煤的氧的親合力及作用機理是不同的。物理吸附氧與煤體表面性質、孔結構以及比表面積有關，是煤的物理特性的一個表現；化學吸附氧是煤中化學官能團及活性位點與氧通過化學作用力結合在一起，與煤的反應活性有關，是煤化學特性的一種表現，是物理吸附氧的發展結果。因此煤的自燃傾向性與煤的物理吸附氧和化學吸附氧都有很大的關系，僅以單一的物理吸氧量或化學吸氧量都很難準確地評價和劃分煤的自燃傾向等級。同時在煤自然發火過程中，物理吸附氧及化學吸附氧在不同階段的貢獻能力是不同的。在煤低溫氧化早期，氧化反應受化學反應控制，以物理吸附氧為主，物理吸氧量對煤低溫氧化的進一步發展起到重要作用。當煤低溫氧化處于加速氧化階段，煤的化學吸附氧對煤的自然發火起到重要作用。因此把物理吸氧量和化學吸氧量結合起來分析，加以權重計算，才能夠科學地對煤自燃傾向性進行鑒定。
技術實現思路
本專利技術要解決的問題是提出一種方法簡單操作方便，可定量分析，能夠科學地鑒定煤自燃傾向性，合理地劃分煤自燃傾向性等級。為解決上述技術問題，本專利技術采用的測定方法步驟如下：(1)煤樣的制備：取新鮮的煤樣去其表層，在常溫常壓氮氣保護氣下進行破碎，篩選出粒徑為一定粒徑的煤樣，對其進行真空干燥，處理后的煤樣作為實驗用煤。(2)對反應器進行氮氣吹掃，然后取一定質量的煤樣放入螺旋式反應器中，對煤樣進行氮氣吹掃。(3)設定程序參數，讓加熱爐在30℃條件下恒溫運行，把反應器平穩的放入加熱爐內，將氣路切換成干空氣，以穩定的流速通入反應器內。(4)用氣相色譜儀測試反應器出口的氣體濃度，觀察O2濃度變化，記錄O2濃度數據，當O2濃度恢復至原始濃度時，停止采樣，將反應器中的煤樣倒出。(5)將程序溫度設定在90℃，重復步驟(2)—(4)，記錄O2濃度，當O2濃度變得平穩時，停止采樣。(6)根據O2濃度的變化，分別計算在30℃及90℃條件下的實驗煤樣的O2量。(7)將計算得到的耗氧量代入下列的公式進行計算，得到煤自燃傾向性指數I值；在30℃時：I30＝α(AO2-a)/a在90℃時：I90＝β(AO2’-b)/b權重計算得到煤自燃傾向性指數I值，I＝I30+I90式中：I為煤自燃傾向性指數；AO2為煤樣在30℃時的每克煤樣的低溫耗氧量；AO2′為煤樣在90℃時的每克煤樣的低溫耗氧量；I30和I90分別是煤樣在30℃和90℃時的煤自燃傾向性指數；a和b分別為煤低溫氧化過程中物理吸附氧和化學吸附氧的穩態參數，30℃時a取參數為0.8ml/g,90℃時b取參數0.4ml/g，α和β分別為煤低溫氧化過程中物理吸附氧和化學吸附氧對煤自燃的權重系數，α＝int(10(AO2-a))+1，β＝int(10(AO2’-b))+1，int為取整符號。參數a和b、α和β的設定主要考慮是，在30℃、90℃的情況下，當煤的吸附氧量到達a和b時，達到穩定狀態，繼續吸附氧，發生氧化還原反應，此時吸附氧的過程為動態的反應的過程，所以考慮α和β動態的吸附疊加過程。所述步驟(2)中，反應器為螺旋式石英管，待測煤樣均勻地填充整個反應器。所述步驟(3)中，反應器應平穩地放置于加熱爐中的恒溫區。所述步驟(3)中，向反應器內通入穩定的干空氣流量為60ml/mim。所述步驟(3)中，加熱爐恒溫區溫度變化范圍為：30±1℃。所述步驟(5)中，加熱爐恒溫區溫度變化范圍為：90±0.5℃。本專利技術從煤低溫氧化的參與主體氧的濃度變化對煤自燃傾向性進行鑒定，基于煤在氧化過程的耗氧量來劃分等級，煤自燃傾向性指數值越大，越容易自燃，數值越小，越不容易自燃。本專利技術取得的技術效果是：將煤低溫氧化過程中物理吸氧量與化學吸氧量結合起來，將煤吸附氧的過程看成是動態的，氧化還原反應疊加的過程，來鑒定煤自燃傾向性，克服了由單一依靠物理吸氧量來鑒定煤自燃傾向性的不足，具有堅實的理論基礎，能夠科學合理地對煤自燃傾向性進行鑒定，實現方法和測試過程簡單可靠，等級劃分統一。附圖說明圖1是本專利技術的工藝流程圖。圖2本專利技術所用裝置的結構示意圖。圖中：1.氮氣瓶，2.空氣瓶，3.顯示裝置，4.螺旋反應器，5.氣相色譜儀。具體實施方式下面結合附圖和具體實施方式對本專利技術做進一步的說明。參照圖1，本專利技術通過圖2所示裝置來鑒定煤的自燃傾向性，按下列步驟實施：(1)取新鮮的煤樣去其表層，在常溫常壓氮氣保護氣下進行破碎，篩選出粒徑為0.15-0.28mm的煤樣，對其進行真空干燥，處理后的煤樣作為實驗用煤。(2)首先打開氮氣瓶1，關掉空氣瓶2，對螺旋反應器4進行氮氣吹掃5分鐘，然后取約50g的煤樣放入螺旋式應器4中，在反應器的最底部有一個目數為120目的燒結板，用來承載煤樣。對煤樣進行氮氣吹掃5分鐘，排出煤樣中的空氣。(3)設定程序參數，讓加熱爐在30℃條件下恒溫運行。把反應器平穩的放入加熱爐內的托架臺上，將氣路切換成干空氣(關掉氮氣瓶1，打開空氣瓶2)，以60ml/min的流速通入反應器內。(4)用氣相色譜儀5測試反應器出口的氣體濃度，通過顯示裝置3觀察O2濃度變化，記錄O2濃度數據。大約半個小時O2濃度恢復至20.8％，并達到平穩時，停止采樣，將反應器中的煤樣倒出。(5)將程序溫度設定在90℃，重復步驟(2)—(4)，記錄O2濃度，當O2濃度變得平穩時，停止采樣。(6)根據O2濃度的變化，分別計算在30℃及90℃條件下的實驗煤樣的O2量。(7)將計算得到的耗氧量代入下列的公式進行計算，得到煤自燃傾向性指數I值；在30℃時：I30＝α(AO2-a)/a在90℃時：I90＝β(AO2’-b)/b權重計算得到煤自燃傾向性指數I值，I＝I30+I90式中：I為煤自燃傾向性指數；AO2為煤樣在30℃時的每克煤樣的低溫耗氧量；AO2′為煤樣在90℃時的每克煤樣的低溫耗氧量；I30和I90分別是煤樣在30℃和90℃時的煤自燃傾向性指數；a和b分別為煤低溫氧化過程中物理吸附氧和化學吸附氧的穩態參數，30℃時a取參數為0.8ml/g,90℃時b取參數0.4ml/g，α和β分別為煤低溫氧化過程中物理吸附氧和化學吸附氧對煤自燃的權重系數，α＝int(10(AO2-a))+1，β＝int(10(AO2’-b))+1，int為取整符號。下表是經過實驗確定的煤自燃傾向性等本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種基于雙吸氧量的煤自燃傾向性鑒定方法，其特征在于，包括以下步驟：(1)取新鮮的煤樣去其表層，在常溫常壓氮氣保護氣下進行破碎，篩選出粒徑為一定粒徑的煤樣，對其進行真空干燥，處理后的煤樣作為實驗用煤，(2)對反應器進行氮氣吹掃，然后取一定質量的煤樣放入螺旋式反應器中，對煤樣進行氮氣吹掃，(3)設定程序參數，讓加熱爐在30℃條件下恒溫運行，把反應器平穩的放入加熱爐內，將氣路切換成干空氣，以穩定的流速通入反應器內，(4)用氣相色譜儀測試反應器出口的氣體濃度，觀察氧氣濃度變化，記錄氧氣濃度數據，當O2濃度恢復至原始濃度時，停止采樣，將反應器中的煤樣倒出，(5)將程序溫度設定在90℃，重復步驟(2)—(4)，記錄氧氣濃度，當O2濃度變得平穩時，停止采樣，(6)根據氧氣濃度的變化，分別計算在30℃及90℃條件下的實驗煤樣的氧氣量。(7)將計算得到的耗氧量代入下列的公式進行計算，得到煤自燃傾向性指數I值；在30℃時：I30＝α((AO2?a)/a在90℃時：I90＝β((AO2’?b)/b權重計算得到煤自燃傾向性指數I值，I＝I30+I90式中：I為煤自燃傾向性指數；AO2為煤樣在30℃時的每克煤樣的低溫耗氧量；AO2′為煤樣在90℃時的每克煤樣的低溫耗氧量；I30和I90分別是煤樣在30℃和90℃時的煤自燃傾向性指數；a和b分別為煤低溫氧化過程中物理吸附氧和化學吸附氧的穩態參數，30℃時a取參數為0.8ml/g,90℃時b取參數0.4ml/g，α和β分別為煤低溫氧化過程中物理吸附氧和化學吸附氧對煤自燃的權重系數，α＝int(10(AO2?a))+1，β＝int(10(AO2’?b))+1，int為取整符號。...

【技術特征摘要】
1.一種基于雙吸氧量的煤自燃傾向性鑒定方法，其特征在于，包括以下步驟：(1)取新鮮的煤樣去其表層，在常溫常壓氮氣保護氣下進行破碎，篩選出粒徑為一定粒徑的煤樣，對其進行真空干燥，處理后的煤樣作為實驗用煤，(2)對反應器進行氮氣吹掃，然后取一定質量的煤樣放入螺旋式反應器中，對煤樣進行氮氣吹掃，(3)設定程序參數，讓加熱爐在30℃條件下恒溫運行，把反應器平穩的放入加熱爐內，將氣路切換成干空氣，以穩定的流速通入反應器內，(4)用氣相色譜儀測試反應器出口的氣體濃度，觀察O2濃度變化，記錄O2濃度數據，當O2濃度恢復至原始濃度時，停止采樣，將反應器中的煤樣倒出，(5)將程序溫度設定在90℃，重復步驟(2)—(4)，記錄O2濃度，當O2濃度變得平穩時，停止采樣，(6)根據O2濃度的變化，分別計算在30℃及90℃條件下的實驗煤樣的耗氧量；(7)將計算得到的耗氧量代入下列的公式進行計算，得到煤自燃傾向性指數I值；在30℃時：I30＝α(AO2-a)/a在90℃時：I90＝β(AO2’-b)/b權重計算得到煤自燃傾向性指數I值，I＝I30+I90式中：I為煤自燃傾向性指數；AO2為煤樣在30℃時的每克煤樣的低溫耗氧量；AO2′為煤樣在90℃時的每克煤...

【專利技術屬性】
技術研發人員：張玉龍，王俊峰，鄔劍明，周春山，王涌宇，
申請(專利權)人：太原理工大學，
類型：發明
國別省市：山西;14