褐煤干裂后结构特征变化对自然发火的影响机理研究

With the background of the lignite spontaneous combustion, the problem of structure characteristic change after dry crack than change the spontaneous combustion characteristics, and promote the process of spontaneous combustion be put forward. Take structure characteristic change after dry crack as a starting point, we will carry out the experimental research of structure characteristics change after dry crack and hydrothermal properties after water relapse, the 3D fissure system database will be established, according to the this the change law of structure characteristics and hydrothermal properties can be got hold. Carry out the thermogravimetric analysis and adiabatic oxidation experiment, according to the characteristics of temperature, produce heat rate and oxygen consumption rate, activation energy and spontaneous combustion tendency index analyze, the influence mechanism of structure characteristic change after dry crack on lignite spontaneous combustion will be put forward. We will built the Multi-field coupling spontaneous combustion model of non continuous fracture system, to develop multivariate and multi-level simulation experiment, establish comprehensive quantitative relationship between internal and external factors and spontaneous combustion period, propose comprehensive control strategies, which prevet lignite spontaneous combustion caused by the change of structural characteristics because of dry cracking of lignite. the research results this project help to perfect the mechanism of coal spontaneous combustion, raise the regulate and control level of lignite dry crack cause spontaneous combustion, can be used in coal mine, brown coal use, storage, processing, and transportation engineering field and other fields.

以褐煤自然发火为背景，提出褐煤干裂导致结构特征变化，改变自然发火特性，促进自燃进程加剧的问题。以褐煤干裂结构特性变化为出发点，开展褐煤干裂裂隙结构特征参数和水分复吸水热特性实验研究，建立三维裂隙系统数据库，掌握干裂后试样结构特征与复吸水热特性变化规律；开展热重分析与块状干裂试样绝热氧化实验，分析特征温度、产热和耗氧速率、活化能及自燃倾向性等指标，揭示结构特征变化影响自燃特性与进程的机理；建立非连续裂隙系统自然发火多场耦合模型，开展多因素多水平相似仿真实验，建立内外影响因素与自然发火期之间的综合定量关系，提出防治褐煤干裂导致结构特征变化引发自燃的综合调控策略。项目研究成果有助于完善褐煤自然发火机理，提高褐煤干裂引发自燃的调控水平，可在褐煤开采矿井、褐煤使用、储存、加工、运输工程领域推广使用。

煤干缩干裂后孔隙结构发生显著变化，对煤的自燃既有抑制作用也有促进作用。为明确自然发火特征的变化规律，并提出褐煤干燥-干缩-干裂过程中自燃防控的合理控水策略。开展了褐煤干燥过程中干缩与干裂规律研究，并研究了强度及压碎特征、孔裂隙系统结构等变化规律研究，建立了煤自燃进程测试系统与绝热自然发火期快速测定系统和方法，建立了干裂煤自燃多场耦合数值仿真模型，开展了干缩干裂煤的自燃规律实验数值仿真研究。研究结果表明，煤干燥过程中发生显著的非均匀性表面收缩和体积干缩，产生干裂裂隙，含水率降低到10%-12%时，干缩率最大，含水率降低到13.5%-8.04%时，裂隙开度达到最大值。常温干燥过程中小于10nm孔径中的水分是常温蒸发的阈值孔隙。干燥时中孔及以下孔径的孔隙的总孔容基本未发生显著变化，大于1000nm的较大孔裂隙的总孔容和比例显著增加，达到总孔容比例的73%-87%左右。孔隙率增加比例随干燥时间对数式增长，煤干燥后的强度增加不显著，但破碎粒度质量分形维数增加。开发了基于空气和氮气对照实验的，煤自然发火期快速测定系统与方法，随干缩干裂的发展，褐煤自然发火期先降低后增加，蒙东老年褐煤的拐点含水率为11%。褐煤干燥过程中浅表层裂隙大量发生，孔隙率显著增加，但煤体深层的孔隙结构基本未发生显著变化，共同导致含水率降低至11.4%-14%范围内时自燃危险加剧。结合煤中水分在孔隙系统中的迁移规律、干缩演化规律与干裂裂隙开度、孔隙率和孔裂隙系统结构演化规律对应的含水量范围，以及浸水与干燥煤自燃的数值模拟和实验结果，应该控制褐煤含水量在11%-14%范围以外。本项目由孔隙系统结构变化角度完善了煤干燥-干缩-干裂自燃特征演化规律和机理，对褐煤干缩干裂后的自燃调控提供了理论依据。研究结论对煤炭的自燃预防与降低碳排放具有积极指导意义。本研究中开发的煤绝热自然发火期快速测定系统与方法，为煤炭自燃特性研究和测定提供了新方法、新技术，具有广泛的推广和应用价值。