Study on combustion characteristics and oxidation kinetics of water-immersed coal under different ventilation rates
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摘要:
煤样在长期的浸水过程中突然风干会增加煤自燃风险，进而发生煤自燃现象。通风速率是影响煤自燃的一个关键因素，但它对水浸煤自燃的影响尚不清楚。为了研究通风速率对水浸煤燃烧特性的影响，先利用程序升温系统测试了煤样在低温氧化过程中的交叉点温度和CO与CO2释放规律，然后利用同步热分析仪对水浸煤的燃烧特性进行了测试，最后利用红外光谱测试了水浸煤的官能团含量。结果表明：通风速率为60 mL/min时煤样的交叉点温度最低，但是CO与CO2释放量随着通风速率的增加而增加；煤燃烧过程中存在最佳通风速率，此时煤的活化能最小，煤更容易燃烧，释放出的热量也更多；通风速率越高，煤中含有越多的羰基和羧基等含氧官能团，为煤氧化提供了足够的能量来源。
Abstract:The sudden air drying of coal samples during long-term immersion in water will increase the risk of coal spontaneous combustion, and then coal spontaneous combustion will occur. Ventilation rate is a key factor affecting coal spontaneous combustion, but its effect on spontaneous combustion of water-immersed coal is not clear. In order to investigate the effect of ventilation rate on the combustion characteristics of water-immersed coal, this paper first tested the cross-point temperature and CO and CO2 release patterns of coal samples during low-temperature oxidation using a programmed heating system, then tested the combustion characteristics of water-immersed coal using a simultaneous thermal analyzer, and finally tested the functional group content of water-immersed coal using infrared spectroscopy. The study showed that: the cross-point temperature of the coal sample was the lowest when the ventilation rate was 60 mL/min, but the release of CO and CO2 increased with the increase of ventilation rate; the optimal ventilation rate existed in the coal combustion process, when the activation energy of the coal was the smallest, and the coal burned more easily and released more heat; the higher the ventilation rate, the more oxygen-containing functional groups such as carbonyl and carboxyl groups were contained in the coal, which provided the coal oxidation sufficient energy source for coal oxidation.
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与自燃有关的矿井火灾和爆炸可能是矿井暂时或者永久关闭的原因[1-5]。在过去相当长时间里，中国、美国和波兰等产煤国深受矿井火灾的危害，造成了难以估计的损失。矿井通风除了有向井下提供新鲜风流保证人员正常生命活动的作用外，还可以用来防止火灾。一般用新鲜风流带走煤氧化所产生的热量，就可以起到预防煤炭自燃的作用。另一种方法为使用压力平衡的方法防治自燃，即均匀防灭火。均压防灭火是一种将空气压力重新分配到可能发生煤炭自燃的地区的技术[6-7]。
在许多煤层中含有大量的水分，为了开采方便疏放水后水浸煤便暴露出来。在水分浸泡后，煤样的物理性质和化学性质发生改变。LU等[8]研究了水浸煤与原煤在程序升温条件下气体释放规律的差异，发现水浸煤的自燃倾向性更大。孔裂隙和官能团变化则解释了这些变化的原因；ZHAO等[9]研究了原煤和浸水煤样低温氧化特性，利用低温氧化过程中的气体产生量和活化能表征了煤样的氧化能力，发现煤自燃的倾向性会使浸水时间的上升幅度相应增大；文虎等[10]研究了水浸煤在二次氧化时的自燃规律，计算了水浸煤二次氧化时升温和降温过程中的表观活化能，发现水浸煤的更有可能发生自燃的风险。以上研究表明相比于原煤，发现自燃概率较大的是水浸煤，对于氧气、通风速率等因素更加敏感[11-13]。然而，目前还缺少对于通风速率和加热速率对水浸煤低温氧化的研究。为了调查通风速率对于水浸煤在自燃过程中的作用，利用程序升温系统和TG−DSC热分析仪研究了水浸煤在不同通风速率下的氧化燃烧特性，并通过红外光谱测试了不同通风速率下煤样的官能团变化规律。
1. 实验部分
1.1 煤 样
实验所用煤样采自山西省高山煤业，煤层自然倾向性为容易自燃，煤阶为弱黏煤。工业分析结果见表1。将新鲜煤样置于氮气操作箱中粉碎至0.075~0.128 mm的粉末，然后将其浸泡在水中30 d。然后取出煤样，在378 K真空烘箱中烘干48 h，这样就可以完全排除煤炭的外部水分。
表 1 煤样的工业分析Table 1. Industrial analysis of coal samples水分/% 灰分/% 挥发分/% 固定碳/% 5.14 21.84 30.32 47.84 1.2 低温氧化实验
程序升温炉可以测试煤在低温氧化时煤温和气体产生规律的变化，直接反映了煤的氧化特性。程序升温炉分成气体供应装置、加热炉和气相色谱仪3个部分。在实验过程中，首先将50 g煤样放入煤样罐中，然后通入不同流量（20、40、60、80 mL/min）的空气。升温炉以1 K/min的速率开始加热，从313 K升温至473 K。通过K型热电偶和气相色谱仪分别采集煤温和CO和CO2体积分数数据。程序升温炉示意图如图1所示。
1.3 TG-DSC实验
首先将煤样在313 K高纯N2条件下吹扫10 min来去除水分和反应容器中的原有气体，气体流量为20 mL/min，然后将N2转变为O2体积分数为21 %的空气，分别以5、10、20、30 K/min的加热速率将煤样从313 K加热到1223 K。
1.4 动力学分析
动力学参数例如活化能和指前因子可以由基本速率方程和阿伦尼乌斯方程的组合导出动力学分析方程来确定。煤样热分解反应的动力学方程根据转化率表示为：
$$ \frac{{{\mathrm{d}}\alpha }}{{{\mathrm{d}}t}} = k(T)f(\alpha ) $$ (1) 式中：α为热分解时的转变程度；$ \dfrac{{{\mathrm{d}}\alpha }}{{{\mathrm{d}}t}} $为随时间变化的转化率，%；t为时间，min；T为绝对温度，K；k（T）为温度相关速率常数；f(α)为反应机理函数。
α可以表示为：
$$ \alpha = \left( {\frac{{{m_0} - {m_{\mathrm{t}}}}}{{{m_0} - {m_{\mathrm{f}}}}}} \right) $$ (2) 式中：m0为样品的初始质量，g；mt为样品在t时刻的质量；mf为样品在实验结束时的最终质量。
根据阿伦尼乌斯方程，k（T）为反应速率常数，可以被表示为：
$$ k(T) = A\exp \left( { - \frac{{E_{\mathrm{a}}}}{{RT}}} \right) $$ (3) 式中：Ea为反应的活化能，kJ/mol；A为指前因子；R为通用摩尔气体常数，取8.314 J/ (mol·K)。
通过式（1）和式（3）可以推导出式（4）：
$$ \frac{{{\mathrm{d}}\alpha }}{{{\mathrm{d}}t}} = A\exp \left( { - \frac{{E_{\mathrm{a}}}}{{RT}}} \right)f(\alpha ) $$ (4) 1.5 煤样的红外光谱分析
将煤样在空气条件下分别以20、40、60、80 mL/min的空气流量加热至393 K, 并保持60 min。然后将1 mg样品与干燥的KBr试剂以1∶100的比例混合，并研磨充分。将混合样品压片后放在傅里叶红外光谱仪下测量，波数范围为400~4 000 cm−1。
2. 程序升温实验结果及分析
2.1 不同通风速率下煤样的交叉点温度
交叉点温度反映了煤样在加热炉温的作用下煤温与炉温随时间的变化关系。实验初期，炉温升高较快，煤温升高较慢，一段时间后煤氧化反应加快，煤温逐步升高，煤温开始超过炉温。不同通风速率炉温与煤温随时间变化如图2所示。
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图 2 不同通风速率炉温与煤温随时间变化Figure 2. Variation of furnace temperature and coal temperature at different ventilation rates with time由图2可知：炉温随着时间呈现线性增长。而水浸煤在氧化初始阶段升温缓慢，不同通风速率下煤样的升温规律几乎一致。而当炉温超过333 K以后，不同通风速率下煤温的变化差异逐渐明显；在20、40、60、80 mL/min的通风速率下，煤温分别在145.65、134.12、122.76、129.98 min与炉温相交，交叉点温度分别为458.55、447.20、435.78、443.10 K。结果表明：60 mL/min的通风速率下交叉点温度最低，达到交叉点的时间也最短，此时煤的自燃风险最高。
2.2 不同通风速率下气体生成规律
矿井下常用检测CO和CO2体积分数的方法来预测预报煤自燃。为了分析不同通风速率对煤低温氧化过程气体生成规律的影响，检测了煤样在低温氧化过程中CO和CO2的体积分数，不同通风速率下CO和CO2生成规律如图3所示。
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图 3 不同通风速率下CO和CO2生成规律Figure 3. Generation rules of CO and CO2 under different ventilation rates由图3可知：在氧化过程开始阶段CO和CO2几乎无法被检测到；随着煤温的升高，当373 K以后，2种气体体积分数均呈现指数型上升趋势，且CO2体积分数远高于CO。正是由于CO和CO2这种和温度极好的关联性，与他们有关的参数经常被用来评价煤的自燃状态。2种气体体积分数生成速率越快，表明煤所处的氧化温度越高，越有可能发生煤自燃的风险。
与交叉点温度不同的是，CO和CO2体积分数并非通风速度60 mL/min时最高，而是通风速率80 mL/min时最高。等温下，CO和CO2体积分数随气体流量的增大而增大。这是因为交叉点温度是氧化过程中煤温首次与炉温相同时的温度，所以煤温的变化直接影响了交叉点温度的数值。而通风量通过促进氧化反应和加大热交换来综合影响煤温的变化，通风量为80 mL/min时风速带走的热量太多，反而不利于煤温的快速升高，而通风量为60 mL/min时既可以满足氧化反应的需求，通风带走的热量又不会太多，所以交叉点温度最低。而CO与CO2的生成则与热交换无关，通风速率的增加促进了煤的氧化反应，氧化产物CO和CO2的生成量也随之增加，所以造成了这种差异。说明气体产物的体积分数无法直接用来预测煤的自燃风险，所以诸多研究者提出了Graham比率、Morris比率和 Trickett比率等方法来更好地将标志气体用于煤自燃预测预报[14-15]。
3. 水浸煤自燃特性变化规律
3.1 通风速率对水浸煤燃烧过程中质量的影响
煤自燃过程中有机物和挥发分等物质会逐渐消耗，产生固体和气体产物，煤样产生变化。对煤自燃过程中质量变化进行分析可以一定程度上表征煤的氧化自燃能力。不同通风速率下煤质量变化如图4所示（加热速率为10 K/min）。
对比不同曲线的一般观察表明，煤样的质量随着温度的变化大致相同。由于在实验前，煤样在378 K的N2条件下进行了干燥，所以在实验开始前脱水失重现象并未观察到。之后，煤样中的活性官能团通过与O2的复合反应导致煤样质量呈现缓慢上升的趋势。低温下的增重意味着O2被煤吸附，形成含氧配合物。这个临界点可能是煤自燃倾向的关键点。等质量增加到最高点后，吸氧增重停止，化学反应加剧，煤中的挥发分等物质开始析出，煤样质量开始快速下降。这一阶段为热解的主要过程。为了更详细地研究不同通风速率对水浸煤燃烧过程中质量变化的影响，分析了不同通风速率下水浸煤在燃烧过程中的特征温度；以通风速率为20 mL/min为例，煤自燃过程中以质量变化为参数的特征温度如图5所示。
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图 5 煤自燃过程中的特征温度点Figure 5. Characteristic temperature during coal spontaneous combustionT1为实验开始时的起始温度点；T2为煤样吸氧增重达到的最大值点；T3为失重速率极大点；T4为DTG曲线上的最大质量增长速率温度；T5为点燃温度，此点的计算方式为DTG曲线的最大峰值作为垂直线与TG曲线相交，然后找出质量开始下降点的水平线，两者的交点即为点燃温度点；T6为最大燃烧速率温度；T5、T6为DTG曲线中最重要的特征温度点，当T5较低时，煤更容易燃烧；当T6较低时，煤燃烧的温度点更高，燃烧速率更快。不同通风速率下T1~T5值见表2。
表 2 煤自燃过程中的特征温度点Table 2. Characteristic temperature during coal spontaneous combustion风速/(mL·min−1) T1/K T2/K T3/K T4/K T5/K T6/K 20 378 591 455 544 724 787 40 378 593 455 546 725 784 60 378 593 455 549 717 775 80 378 621 456 550 720 782 由表2可知，不同通风速率下水浸煤的特征温度呈现较好地分布规律。煤样的T2、T3、T4均随着通风速率的增加而增加，说明通风速率的增加不利于煤早期的燃烧，抑制了煤的低温氧化过程。其中，通风速率对于T4的影响最为明显，通风速率为40、60、80 mL/min时的T4分别比20 mL/min时提前了0.5 %、1.7 %、2.0 %。主要是因为水浸煤在低温氧化阶段氧化反应需要氧气较少，过大的通风速率给氧化反应带来了过剩了的氧气含量，而带走更多的氧化热。这就使得煤在这个过程中氧化进程缓慢，质量变化滞后。而等煤温进一步升高，煤样进入燃烧阶段，所需要的O2含量大幅上升，特征温度点的变化规律也出现变化。对于T5和T6来讲，随着通风速率的增加，两者都呈现先减少后增大的趋势。通风速率为60 mL/min时，比通风速度为20、40、80 mL/min时的T5降低了1.6%、1.8%、0.81%。T5反映了煤开始燃烧的难易程度，当通风量为40 mL/min时，燃烧最困难。导致这种现象的原因是，煤着火温度受氧化产热和与热交换的双重影响，煤氧化产生的热量并不能全部用来提高煤温，还有一部分被风流带走。当通风量为40 mL/min时，氧化速率较小，加之氧化反应产生的微小热量又被大量带走，导致燃烧最为困难。与T5类似，T6也在通风速率为60 mL/min时数值最小，分别比20、40、80 mL/min时降低了2.3%、1.8%、1.5%。这表明煤在进入燃烧阶段后，存在1个最佳通风速率，此时煤更容易点燃，燃烧过程也更剧烈。
特征温度与通风速率的相关性差别说明煤自燃是1个复杂的物理化学过程。但从通风速率指标来讲，在不同阶段对煤的燃烧特性影响亦有差别。在煤的低温氧化阶段，煤样对于O2的需求量很少，所以20 mL/min的通风速率就已经满足低温氧化的耗氧量。当通风速率升高，O2富余，而风流缺带走了大量的氧化热，导致煤的燃烧过程滞后。但当煤开始被点燃，需氧量大幅上升，20 mL/min通风速率提供的O2量远不能满足其需求量，延缓了煤的燃烧，导致煤的T5和T6滞后。从实验结果来看，当煤进入燃烧阶段时，60 mL/min的空气既能满足煤样的耗氧量，又不至于大量的热量被风流带走，是促进煤氧化燃烧的最佳通风速率。
3.2 DSC分析
不同通风速率下的DSC曲线如图6所示。整个氧化过程包括2个放热峰，第1个放热峰在第2个放热峰附近，表示了煤样在达到点燃温度之前煤低温氧化释放热量的变化，第2个峰表示煤在剧烈燃烧时释放出的大量热量。
由图6可知：在通风速率为60 mL/min时，水浸煤的放热峰提前到达，此时的最大放热峰值比20、40、80 mL/min时增加了2.2%、1.6%、1.1%。与分析TG−DTG曲线时得到的结论一致，说明煤在燃烧过程中重量和热量的衍变具有协同一致性，两者共同验证60 mL/min为促进煤燃烧的最佳通风速率，此通风速率改善了煤的燃烧特性，增强了煤的放热能力。
3.3 氧化动力学分析
在程序控温的条件下，将煤以不同升温速率（5、10、20、30 K/min）升温，根据实验数据计算了动力学参数。对质量损失最大的燃烧区域进行动力学计算。首先找到了每个温度的质量转化值α；然后根据ln（β/T2）与1 000/T曲线在（0.1~0.9）α范围内的斜率，以0.1为间隔，采用KAS方法计算活化能。不同升温速率下水浸煤在不同通风速率下氧化过程中转化率随温度的变化规律如图7所示。
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图 7 煤样在燃烧过程中转化率随温度变化Figure 7. The conversion rate of coal samples varies with temperature during combustion在燃烧过程中，吸热特性和能量释放对转化程度有一定的影响。另外，升温速率越小，相同温度下煤的转化率越高，氧化反应结束温度越低。这说明煤样在反应炉等容器中，较小的加热速率可以使煤的燃烧更加充分。
为了计算出水浸煤在不同通风速率下的动力学参数，采用KAS方法对水浸煤进行计算。不同煤样的拟合结果均为单变量线性回归方程，不同转化程度水浸煤的ln（β/T2）随温度变化如图8所示。
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图 8 不同转化程度水浸煤的ln（β/T2）随温度变化Figure 8. ln（β/T2） of water-immersed coal at different transformation degrees varies with temperature由图8中的数据拟合曲线得到对应的线性回归方程，由拟合方程的斜率得到的不同通风速率下水浸煤的活化能见表3。
表 3 不同通风速率水浸煤在不同转化率下的活化能Table 3. Activation energy of water-immersed coal at different conversion rates转化率 活化能/（kJ·mol−1） 20 mL/min 40 mL/min 60 mL/min 80 mL/min 0.1 66.76 85.09 55.21 58.58 0.2 76.56 67.86 58.51 66.20 0.3 78.87 66.73 55.44 67.09 0.4 75.68 63.14 53.00 63.64 0.5 70.16 58.75 49.13 59.70 0.6 64.67 58.17 45.92 55.85 0.7 60.50 53.47 41.24 52.80 0.8 57.12 46.83 39.21 50.43 0.9 55.16 43.84 39.02 49.47 平均 67.28 60.43 48.52 58.20 由表3 可知：不同转换率下的煤样所对应的活化能量存在差异；在相同转换率下，当通风率为60 mL/mol时，水浸煤的活化能量最低，平均活化能量为48.52 kJ/mol，比通风率为20、40 mL/mol时明显下降，略低于80 mL/mol。煤样的表观活化能是各种元素反应活化能的总称，是煤氧化反应所需能量的总体体现。在水浸煤氧化过程中，60 mL/min的通风速率提供了煤氧化的最佳条件；此时，煤氧化所需的最小能量降低，煤自燃发生的风险大幅度提高。在矿井下条件下，增加通风虽然可以带走矿井中产生的大量热量，降低工作面温度，扩展散热带范围，但是同时也给煤氧化提供了更多的氧气供应。这无疑会使得煤自燃风险增加，所以通过实验室和模拟实验得出矿井煤自燃的最佳通风速率有利于矿井防灭火措施的制定。
4. 官能团变化规律
煤中的官能团是煤发生氧化作用的主要作用基团，官能团的含量与氧化反应的强弱有着密切的关系。为了研究不同通风速率对煤氧化过程中官能团的影响，对在不同通风速率393 K氧化后的煤样进行了红外光谱测试，不同通风速率下煤样的红外谱图如图9所示。
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图 9 不同通风速率下煤样的红外谱图Figure 9. Infrared spectra of coal samples at different ventilation rates由图9可知：原煤与氧化后的煤样吸光度产生了明显的变化，氧化后的煤样吸光度普遍高于原煤；随着通风速率的增加，煤样吸光度也随之增加。
为了定量分析煤种的主要官能团含量，采用傅里叶反卷积和Gauss+lor 面积函数对煤样的红外光谱进行处理，每个官能团有其对应的峰位置，峰面积可以反映其含量。原煤和不同通风速率下煤样主要官能团含量见表4。
表 4 原煤和不同通风速率下煤样主要官能团含量Table 4. Content of major functional groups in raw coal and coal samples at different ventilation rates煤样 -OH -COOH -C=O -C-O 原煤 18.38 12.65 5.79 33.05 20 mL/min 17.11 13.53 6.04 35.07 40 mL/min 16.89 15.20 6.24 38.27 60 mL/min 14.59 15.98 6.57 39.18 80 mL/min 13.43 17.21 6.78 42.64 由表4可知：除了羟基外，氧化煤中含氧官能团含量高于原煤，这是煤中的脂肪烃等结构与O2发生化学反应的结果；羰基和羧基含量越高，煤中就有越多的活性物质可以分解生成CO和CO2，同时产生大量的热量；在通风速率为80 mL/min时，其羰基含量分别比20、40、60 mL/min时高12.25%、8.65%、3.20%，羧基含量分别比20、40、60 mL/min时高27.20%、13.22%、7.69%。这与程序升温实验中通风速率为80 mL/min时CO和CO2生成体积分数最高相验证，表明通风速率越高，煤的氧化速率越快。
通风速率对煤氧化影响机理如图10所示。图10中红色圆圈代表煤中的活性物质，绿色圆圈代表氧分子。在较高的通风速率下，许多氧气分子可以与煤中的活性物质快速反应，释放出CO和CO2等气体。而较低的通风速率下没有足够的O2分子可以与活性物质相结合，所以反应速率较慢。然而，较高的通风速率同样会带走更多的氧化热，而较低的通风速率则可以将大部分煤氧化产热的热量用于升高煤温。这就是煤样在氧化过程中温度与气体和官能团的衍变规律出现差异的原因。
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图 10 通风速率对煤氧化影响机理Figure 10. Mechanistic of the effect of ventilation rate on coal oxidation5. 结 论
1）在60 mL/min的通风速率下交叉点温度最低，达到交叉点的时间也最短，此时水浸煤的自燃风险最高。然而，CO和CO2的生成量随着通风速率的增加而增加，表明气体生成物的体积分数值无法直接用于预测煤自燃。
2）煤样的T2、T3、T4均随通风速率的增加而增加。通风速率的增加不利于煤早期的燃烧，抑制了水浸煤的低温氧化过程。对于T5和T6来讲，随着通风速率的增加，两者都呈现先减少后增大的趋势。煤在进入燃烧阶段后，存在1个最佳通风速率，此时煤更容易点燃，燃烧过程也更剧烈。
3）在同一转化率下，通风速率为60 mL/min时水浸煤的活化能最低，平均活化能为48.52 kJ/mol，显著低于通风速率为20 mL/min和40 mL/min时，略低于80 mL/min。在水浸煤氧化过程中，60 mL/min的通风速率提供了煤氧化的最佳条件。此时，煤氧化所需的最小能量降低，煤自燃发生的风险大幅度提高。
4）在通风速率为80 mL/min时，其羰基含量分别比20、40、60 mL/min时高12.25%、8.65%、3.20%，羧基含量分别比20、40、60 mL/min时高27.20%、13.22%、7.69%。通风速率的增加使得水浸煤氧复合反应加快，脂肪烃等结构与O2反应产生含氧官能团的速率增加，导致了煤中更多含氧官能团的产生。
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图 2 不同通风速率炉温与煤温随时间变化
Figure 2. Variation of furnace temperature and coal temperature at different ventilation rates with time
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图 3 不同通风速率下CO和CO2生成规律
Figure 3. Generation rules of CO and CO2 under different ventilation rates
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图 5 煤自燃过程中的特征温度点
Figure 5. Characteristic temperature during coal spontaneous combustion
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图 7 煤样在燃烧过程中转化率随温度变化
Figure 7. The conversion rate of coal samples varies with temperature during combustion
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图 8 不同转化程度水浸煤的ln（β/T2）随温度变化
Figure 8. ln（β/T2） of water-immersed coal at different transformation degrees varies with temperature
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图 9 不同通风速率下煤样的红外谱图
Figure 9. Infrared spectra of coal samples at different ventilation rates
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图 10 通风速率对煤氧化影响机理
Figure 10. Mechanistic of the effect of ventilation rate on coal oxidation
表 1 煤样的工业分析
Table 1 Industrial analysis of coal samples
水分/% 灰分/% 挥发分/% 固定碳/% 5.14 21.84 30.32 47.84 
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表 2 煤自燃过程中的特征温度点
Table 2 Characteristic temperature during coal spontaneous combustion
风速/(mL·min−1) T1/K T2/K T3/K T4/K T5/K T6/K 20 378 591 455 544 724 787 40 378 593 455 546 725 784 60 378 593 455 549 717 775 80 378 621 456 550 720 782
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表 3 不同通风速率水浸煤在不同转化率下的活化能
Table 3 Activation energy of water-immersed coal at different conversion rates
转化率 活化能/（kJ·mol−1） 20 mL/min 40 mL/min 60 mL/min 80 mL/min 0.1 66.76 85.09 55.21 58.58 0.2 76.56 67.86 58.51 66.20 0.3 78.87 66.73 55.44 67.09 0.4 75.68 63.14 53.00 63.64 0.5 70.16 58.75 49.13 59.70 0.6 64.67 58.17 45.92 55.85 0.7 60.50 53.47 41.24 52.80 0.8 57.12 46.83 39.21 50.43 0.9 55.16 43.84 39.02 49.47 平均 67.28 60.43 48.52 58.20
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表 4 原煤和不同通风速率下煤样主要官能团含量
Table 4 Content of major functional groups in raw coal and coal samples at different ventilation rates
煤样 -OH -COOH -C=O -C-O 原煤 18.38 12.65 5.79 33.05 20 mL/min 17.11 13.53 6.04 35.07 40 mL/min 16.89 15.20 6.24 38.27 60 mL/min 14.59 15.98 6.57 39.18 80 mL/min 13.43 17.21 6.78 42.64
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[1] 李洪先,王国芝,朱明凯,等. Y型通风下采空区瓦斯与自然发火耦合危险区域划分研究[J]. 煤炭工程,2021,53(8):105−109 LI Hongxian, WANG Guozhi, ZHU Mingkai, et al. Classification of coupled hazard area of gas and spontaneous combustion under Y-type ventilation[J]. Coal Engineering, 2021, 53(8): 105−109.
[2] 郑凯月,杨永良,苗国栋,等. 浸水过程对采空区遗煤自燃特性影响机理[J]. 燃烧科学与技术,2021,27(6):665−674. ZHENG Kaiyue, YANG Yongliang, MIAO Guodong, et al. Influencing mechanism of water soaking process on spontaneous combustion characteristics of goaf residual coal[J]. Journal of Combustion Science and Technology, 2021, 27(6): 665−674.
[3] 王新堂,赵玉桃,马德,等. 变氧体积分数条件下烟煤自燃传热特性研究[J]. 煤矿安全,2023,54(3):123−130. WANG Xintang, ZHAO Yutao, MA De, et al. Study on the heat transfer characteristics of bituminous coal spontaneous combustion under variable oxygen volume fraction condition[J]. Safety in Coal Mines, 2023, 54(3): 123−130.
[4] 易欣,张敏,邓军. 煤自燃指标体系分析与优选实验研究[J]. 煤矿安全,2023,54(1):85−93. YI Xin, ZHANG Min, DENG Jun. Analysis and optimization of coal spontaneous combustion index system[J]. Safety in Coal Mines, 2023, 54(1): 85−93.
[5] 张荣刚,解树亮. 复杂条件下煤自燃特性参数变化规律研究[J]. 煤炭工程,2023,55(5):130−134. ZHANG Ronggang, XIE Shuliang. Experimental study on coal spontaneous combustion characteristics under complex conditions[J]. Coal Engineering, 2023, 55(5): 130−134.
[6] 张卫亮,张春华. 矿井角联通风卸压式均压通风防灭火技术[J]. 矿业安全与环保,2017,44(6):59−61. doi: 10.3969/j.issn.1008-4495.2017.06.013 ZHANG Weiliang, ZHANG Chunhua. Fire prevention and extinguishing technology by pressure relief and balance ventilation in coal mine with diagonal ventilation network[J]. Mining Safety & Environmental Protection, 2017, 44(6): 59−61. doi: 10.3969/j.issn.1008-4495.2017.06.013
[7] 唐学伦,田丰,黎国友. 综合防灭火技术在严重自燃煤层中的实践与应用[J]. 矿业安全与环保,2012,39(S1):125−128. [8] LU W, LI J, LI J, et al. Oxidative kinetic characteristics of dried soaked coal and its related spontaneous combustion mechanism[J]. Fuel, 2021, 305: 121626. doi: 10.1016/j.fuel.2021.121626
[9] ZHAO J, WANG W, FU P, et al. Evaluation of the spontaneous combustion of soaked coal based on a temperature-programmed test system and in-situ FTIR[J]. Fuel, 2021, 294: 120583. doi: 10.1016/j.fuel.2021.120583
[10] 文虎,陆彦博,刘文永. 水浸煤二次氧化自燃危险性实验研究[J]. 矿业安全与环保,2020,47(3):6−11. WEN Hu, LU Yanbo, LIU Wenyong. Experimental study on the risk of secondary oxidation spontaneous combustion of water immersed coal[J]. Mining Safety & Environmental Protection, 2020, 47(3): 6−11.
[11] LI P, YANG Y, ZHAO X, et al. Spontaneous combustion and oxidation kinetic characteristics of alkaline-water-immersed coal[J]. Energy, 2023, 263: 126092. doi: 10.1016/j.energy.2022.126092
[12] 李鑫. 浸水风干煤体自燃氧化特性参数实验研究[D]. 徐州:中国矿业大学,2014. [13] 秦小文. 浸水风干煤体低温氧化特性研究[D]. 徐州:中国矿业大学,2015. [14] YUAN L, SMITH A C. Experimental study on CO and CO2 emissions from spontaneous heating of coals at varying temperatures and O2 concentrations[J]. Journal of Loss Prevention in the Process Industries, 2013, 26(6): 1321−1327. doi: 10.1016/j.jlp.2013.08.002
[15] ZHANG Y, WANG J, WU J, et al. Modes and kinetics of CO2 and CO production from low-temperature oxidation of coal[J]. International Journal of Coal Geology, 2015, 140: 1−8. doi: 10.1016/j.coal.2015.01.001
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1. 肖旸，张二川，尹岚，芦星，邓军. 地下煤火灾害机理及热动力演化与热能利用研究进展. 煤矿安全. 2024(11): 1-18 . 
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