基于耗氧量的煤自燃倾向性基础理论与鉴定方法研究

Based on the ananalysis of micro structure changes and macro characteristics duiring the process the coal spontaneous combustion process ,this research project firstly indicates the shortages of the method for identifying tendency of spontaneous combustion of coal by oxygen adsorption with chromatograph in China, and provided the new method to identify rapidly the tendency of coal self- ignite based on oxygen consumption. In this project ,firstly, small molecular structurel and active groups of coal were extracted, classified and separated, secondly, used programmed temperature -rise oxidation method to study four different kinds of model complexes,deduced the relationship between oxygen consumption and generation heat in low-temperature oxidization from the simple to the complex,thirdly, determined the quantity of heat of generation whether they appear the same in the condition of coal consumes 1 mol oxygen.Selected coals with different coal rank were investigated experimentally to get the relationship between oxygen consumption and generation heat,at the same time ,the heat which generated in the process of oxidation process and oxygen consumption were calculated by theoretical inference, they jointly decide the relationship between oxygen consumption and the tendency of coal self- ignite and develop the best way of oxygen consumption. Do a large number of experimental to get the indices of classification of tendency of coal self- ignite ,and developing the method and device to identify rapidly the tendency of coal self- ignite based on oxygen consumption.

在对煤自燃过程微观结构反应变化及宏观特性（热与指标气体）规律的研究基础上，分析动态物理吸附氧量作为倾向性鉴定的主要指标的不科学性，并提出基于低温氧化过程耗氧量作为指标的煤自燃倾向性鉴定新方法及理论基础。通过对煤中活性基团及小分子结构抽提、分类，研究煤中活性基团的种类、数量以及反应活性，并采用模型化合物、抽提物、抽提残煤、整煤四个级别进行低温氧化实验，由简单到复杂逐级推导煤中活性基团在低温氧化过程中的耗氧量与产生的热量之间的关系，并研究煤与1mol氧气反应产生的热量是否一致。采用不同的方法对各种变质程度的煤进行模拟氧化实验，测定耗氧量与产热量之间的关系，结合理论推导确定耗氧量与煤自燃倾向性之间的关系及最科学合理实用的耗氧量测试方法。然后进行内外影响因素实验，得出倾向性分类指标与方法，开发出成套基于耗氧量的煤自燃倾向性测试装置。

在分析世界上主要产煤国家的自燃倾向性鉴定方法缺点和优点的基础上，提出了一种基于耗氧量的煤自燃倾向性鉴定方法，并从宏观和微观方面对该方法的核心基础-耗氧量和产热量之间的关系进行了深入的研究。在宏观方面，建立了一种能够测试耗氧量和产热量关系的方法-恒温差引领升温法，并形成了一套基于耗氧量的煤自燃倾向性鉴定装置。通过该实验方法及装置对不同变质程度的煤进行实验，研究耗氧量和产热量之间的关系，得出了在整个煤低温氧化过程（30-150℃）范围内耗氧量与产热量为正比例线性关系，即煤的耗氧量越高，产热量越大，可以通过全过程耗氧量来判定煤的自燃倾向性。在此基础上，利用综合热重分析仪对物理吸附耗氧，化学吸附形成含氧中间产物耗氧和化学反应生成最终气体产物耗氧进行了研究，得出煤吸附氧气产生的热量是煤自燃的第一动力，是决定煤自燃倾向性的主要影响阶段；并得出含氧中间产物在煤自燃的产热过程中起到了承上启下的关键作用，含氧中间产物不稳定时，就容易产热而引发自燃，而当含氧中间产物比较稳定时，则产生的热量较小而不易自燃。两种方法相结合，提出了采用70℃、150℃下恒温氧化1h的耗氧量作为判定煤自燃倾向性的依据，并建立了基于耗氧量的煤自燃倾向性鉴定标准和方法。. 在微观方面，利用模型化合物和溶剂萃取法对煤中活性基团进行研究，确定了煤低温氧化过程的关键活性基团为两端联有吸电子基团的亚甲基桥键、苯环侧链和α-羟基，其中亚甲基的数量对煤自燃倾向性影响最大，在煤耗氧产热过程起决定作用，羟基的含量对煤自燃倾向性也有一定的影响，以嵌布的形式存在活性基团对煤自燃倾向性影响不大；证明了煤中关键活性基团与氧反应先生成过氧化物，然后过氧化物分解产生含氧中间产物和气体，并释放出热量，在此基础上，提出了煤自燃的机理。. 通过宏观和微观相结合得出，煤中活性基团的活性和数量是决定耗氧量的关键因素，其中活性基团的活性决定初始耗氧温度，而数量则决定耗氧量的大小，而含氧中间产物的稳定性是决定产热量的关键因素，两者共同决定了耗氧量和产热量之间的关系。