脱氧剂阻化-耗氧-放热复合作用对煤自燃过程的影响规律研究

Coal spontaneous combustion which caused loss of resources, economic losses and casualties, is due to oxidized in air at room temperature. The deoxidizer can absorb oxygen from the air, reducing the oxygen content within the range of a certain space.Add deoxidizer component in the inhibitor to prevent spontaneous combustion of coal, which can provide a new method for preventing coal spontaneous combustion. This project use of the method of laboratory experiment and theoretical analysis, dsoxy characteristics of deoxidizer when as an auxiliary component, competitive relation of oxygen consumption between deoxidizer and coal under conditions of lack of oxygen, exothermic character in process of the deoxidizer prevent coal spontaneous combustion and the inhibition - oxygen consumption - exothermicity composite effect of deoxidizer preventing coal spontaneous combustion will be studied systematically.It will be able to design and optimize the deoxidizer formula which use to prevent of coal spontaneous combustion, get chemical reaction mechanism, characteristics and influencing factors of deoxidizer to prevent coal spontaneous combustion, reveal the basic theory of the inhibition - oxygen consumption - exothermicity composite effect of deoxidizer preventing coal spontaneous combustion. Research results not only innovation and development of the original resistance theory in the aspect of theory, but also has a broad application prospect. It can lay the foundation for deoxidizer prevention of coal spontaneous combustion that will be used in the coal industry as open gob, closed gob, storage and other aspects.

煤自燃造成资源损失、经济损失和人员伤亡事故，原因是常温下煤在空气中氧化引起的。脱氧剂可吸收空气中的氧气，降低一定空间范围内的氧含量。在阻化剂中添加脱氧成分来预防煤炭自燃，可为煤自燃防治提供一种新的方法。本项目应用实验室实验与理论分析的方法，系统研究脱氧剂作为辅助成分时的脱氧特性、脱氧剂与煤在供氧不足条件下耗氧的竞争关系、脱氧剂预防煤自燃过程中的放热特性和脱氧剂预防煤自燃的阻化-耗氧-放热复合影响规律。设计并优化预防煤自燃用脱氧剂配方、得到脱氧剂预防煤自燃的化学反应机理、特征和影响因素，揭示了脱氧剂预防煤自燃阻化-耗氧-放热复合影响规律的基本理论。研究成果不仅在理论方面创新发展了原有的阻化理论，而且具有广阔的应用前景。能够为脱氧剂应用于煤炭工业预防开放采空区、封闭采空区和储运等方面的煤炭自燃奠定基础。

为了解决目前阻化剂只有单一阻化的作用，加入耗氧成分，研制具有煤氧“双阻”作用的脱氧型阻化剂。.首先，研究了煤微观结构与煤自燃的关系。应用管式炉与红外光谱联用的方法，发现在低温阶段煤中易被氧化的基团为羟基-OH、氨基-NH2、非苯环连接甲基(R-X-CH3)和不饱和烯烃 (-CH=CH2)等。.其次，分析了目前常用的脱氧剂的种类与特点以及水对煤自燃的作用。在综合考虑有效性、安全性、环境毒性和经济性等因素的基础上，选择使用金属卤化物为活性剂的铁系脱氧剂（硫酸亚铁除外）作为脱氧型阻化剂；根据热力学第一定律建立绝热条件下水分润湿煤体产生润湿热与水分蒸发、通风换热和煤体升温之间关系的热平衡模型，发现了能够促进煤自燃的煤的含水率区间。.再次，研究了采空区阻化剂高效喷洒系统。系统由两部分组成，包括向采空区浅部后方喷洒阻化剂系统和以高压惰性气体N2作为输送载体的向采空区深部喷洒阻化剂系统。.然后，研究了脱氧型阻化剂耗养与预防煤自燃的规律。通过正交试验得到了三种无机盐对耗氧时间长度的影响显著性为R(CaCl2)>R(NaCl)>R(MgCl2)。研究不同因素对脱氧型阻化剂耗氧的影响：硅藻土质量的增加，铁系脱氧型阻化剂的耗氧速率先增大后减小；无机盐质量的增加，其耗氧速率不断降低；实验温度越高，耗氧速率越快；试验确定耗氧速度最快的配比为1.5g还原性Fe粉、0.6g硅藻土以及0.15g MgCl2。研究了预防煤自燃的规律：实验温度升高、粒径越大，铁系脱氧型阻化剂的阻化率越高；通过量子化学计算，发现铁系脱氧型阻化剂氧化后形成的Fe3+对煤依然有配位阻化作用，且阻化效果优于Mg2+。.最后，研究课脱氧剂放热特性。实验发现，放热强度依次从低到高为加入脱氧型阻化剂煤样、加入阻化剂煤样和原煤样。.阻化剂在中低温阶段对煤氧化升温有很好的控制作用，而氧气浓度越低这种作用越明显，甚至能够大大降低煤样在高温阶段的放热峰值。而加入脱氧型阻化剂就能够实现降氧这一作用，预防煤自燃效果更为明显。