基于双吸氧量的煤自燃倾向性鉴定方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种煤自燃倾向性测定方法，适用于煤自燃倾向性的鉴定、分类以及 煤自燃过程的研宄。
【背景技术】
[0002] 煤炭自燃是我国煤矿安全生产领域面临的一个突出性问题。我国有自燃倾向性的 煤层占开采煤层总数的80%左右，其中国有重点煤矿可采厚煤层的矿井基本上都存在不同 程度的自然发火的问题。煤的自燃倾向性是煤体本身的内在属性，是煤低温氧化的动态表 现，当煤与氧发生接触时，煤的低温氧化过程就开始进行。不同矿井，不同煤层的煤具有不 同的自燃倾向性，科学地鉴定煤的自燃倾向性，合理地划分煤的自燃倾向等级，对煤矿安全 生产、人员生命安全以及资源可持续发展都具有重要意义。
[0003] 目前，我国煤炭行业对煤炭自燃倾向性主要采用色谱流动态吸氧法来鉴定和划分 煤的自燃倾向性等级，以煤在常温常压下对氧的物理吸附来确定煤对氧的吸附能力。煤的 低温氧化过程是一个复杂的动态过程，在煤的低温氧化过程中，会涉及到一系列的物理化 学过程：物理吸附氧一化学吸附氧一煤的自燃。在煤自然发火的每一个阶段，煤的氧的亲合 力及作用机理是不同的。物理吸附氧与煤体表面性质、孔结构以及比表面积有关，是煤的物 理特性的一个表现；化学吸附氧是煤中化学官能团及活性位点与氧通过化学作用力结合在 一起，与煤的反应活性有关，是煤化学特性的一种表现，是物理吸附氧的发展结果。因此煤 的自燃倾向性与煤的物理吸附氧和化学吸附氧都有很大的关系，仅以单一的物理吸氧量或 化学吸氧量都很难准确地评价和划分煤的自燃倾向等级。同时在煤自然发火过程中，物理 吸附氧及化学吸附氧在不同阶段的贡献能力是不同的。在煤低温氧化早期，氧化反应受化 学反应控制，以物理吸附氧为主，物理吸氧量对煤低温氧化的进一步发展起到重要作用。当 煤低温氧化处于加速氧化阶段，煤的化学吸附氧对煤的自然发火起到重要作用。因此把物 理吸氧量和化学吸氧量结合起来分析，加以权重计算，才能够科学地对煤自燃倾向性进行 鉴定。
【发明内容】
[0004] 本发明要解决的问题是提出一种方法简单操作方便，可定量分析，能够科学地鉴 定煤自燃倾向性，合理地划分煤自燃倾向性等级。
[0005] 为解决上述技术问题，本发明采用的测定方法步骤如下：
[0006] (1)煤样的制备：取新鲜的煤样去其表层，在常温常压氮气保护气下进行破碎，筛 选出粒径为一定粒径的煤样，对其进行真空干燥，处理后的煤样作为实验用煤。
[0007] (2)对反应器进行氮气吹扫，然后取一定质量的煤样放入螺旋式反应器中，对煤样 进行氮气吹扫。
[0008] (3)设定程序参数，让加热炉在30°C条件下恒温运行，把反应器平稳的放入加热 炉内，将气路切换成干空气，以稳定的流速通入反应器内。
[0009] (4)用气相色谱仪测试反应器出口的气体浓度，观察氧气浓度变化，记录氧气浓度 数据，当〇 2浓度恢复至原始浓度时，停止采样，将反应器中的煤样倒出。
[0010] (5)将程序温度设定在90°C，重复步骤（2) - (4)，记录氧气浓度，当02浓度变得平 稳时，停止采样。
[0011] (6)根据氧气浓度的变化，分别计算在30°C及90°C条件下的实验煤样的氧气量。
[0012] (7)将计算得到的耗氧量代入下列的公式进行计算，得到煤自燃倾向性指数I值；
[0013] 在 30°C时：I3(I=a((A02_a)/a
[0014] 在 90°C时：I9Q=M(A〇2' _b)/b
[0015] 权重计算得到煤自燃倾向性指数I值，I=I3(l+I9(l
[0016] 式中：I为煤自燃倾向性指数；
[0017] 4〇2为煤样在30 °C时的每克煤样的低温耗氧量；
[0018] A〇2'为煤样在90°C时的每克煤样的低温耗氧量；
[0019] 13(|和I9(|分别是煤样在30°C和90°C时的煤自燃倾向性指数；
[0020] a和b分别为煤低温氧化过程中物理吸附氧和化学吸附氧的稳态参数，30°C时a取 参数为0. 8ml/g，90°C时b取参数0. 4ml/g，
[0021] a和0分别为煤低温氧化过程中物理吸附氧和化学吸附氧对煤自燃的权重系 数，
[0022] a=int(10 (A02-a))+1,
[0023] 0 =int(10 (A02' _b))+1，
[0024] int为取整符号。
[0025] 参数a和b、a和的设定主要考虑是，在30°C、90°C的情况下，当煤的吸附氧量 到达a和b时，达到稳定状态，继续吸附氧，发生氧化还原反应，此时吸附氧的过程为动态的 反应的过程，所以考虑a和0动态的吸附叠加过程。
[0026] 所述步骤（2)中，反应器为螺旋式石英管，待测煤样均匀地填充整个反应器。
[0027] 所述步骤（3)中，反应器应平稳地放置于恒温炉中的恒温区。
[0028] 所述步骤（3)中，向反应器内通入稳定的干空气流量为60ml/mim。
[0029] 所述步骤（3)中，恒温炉温度变化范围为：30±1°C。
[0030] 所述步骤（5)中，恒温炉温度变化范围为：90±0.5°C。
[0031] 本发明从煤低温氧化的参与主体氧的浓度变化对煤自燃倾向性进行鉴定，基于煤 在氧化过程的耗氧量来划分等级，煤自燃倾向性指数值越大，越容易自燃，数值越小，越不 容易自燃。
[0032] 本发明取得的技术效果是：将煤低温氧化过程中物理吸氧量与化学吸氧量结合起 来，将煤吸附氧的过程看成是动态的，氧化还原反应叠加的过程，来鉴定煤自燃倾向性，克 服了由单一依靠物理吸氧量来鉴定煤自燃倾向性的不足，具有坚实的理论基础，能够科学 合理地对煤自燃倾向性进行鉴定，实现方法和测试过程简单可靠，等级划分统一。
【附图说明】
[0033] 图1是本发明的工艺流程图。
[0034] 图2本发明所用装置的结构示意图。
[0035] 图中：1.氮气瓶，2.空气瓶，3.显示装置，4.螺旋反应器，5.气相色谱仪。
【具体实施方式】
[0036] 下面结合附图和【具体实施方式】对本发明做进一步的说明。
[0037] 参照图1，本发明通过图2所示装置来鉴定煤的自燃倾向性，按下列步骤实施：