煤的自燃危险性判定方法

摘要

本发明属于煤的自燃难易的判定方法，特别涉及一种对煤的自燃危险性判定方法：首先是采样：将在采煤工作面采集的煤样密封后带回实验室，在实验室中将煤样研磨至50目以下，装入干燥清洁的广口瓶中贴上标签，标签注明采样的地点和制备煤样的时间，并把广口瓶用橡胶套密封；其次是测试：利用热重分析仪进行实验；实验中温度的控制和数据的采集均由热重分析仪完成；最后是操作和计算：反应活化能的计算是根据阿伦尼乌斯公式；该判断方法是以煤与氧发生氧化自燃反应的“着火活化能”来判断煤的自燃难易，不需要很多设备、仪器，只用一台热重分析仪即可分析判定；判定的可靠性高。

主权项

1、一种煤的自燃危险性判定方法：首先是采样：将在采煤工作面采集的煤样密封后带回实验室，在实验室中将煤样研磨至50目以下，装入干燥清洁的广口瓶中贴上标签，标签注明采样的地点和制备煤样的时间，并把广口瓶用橡胶套密封；其次是测试：利用热重分析仪进行实验；实验中温度的控制和数据的采集均由热重分析仪完成；实验条件确定为：煤样质量约13～14mg，反应气体为O2，流速为10ml/min，载气为N2，流速为40ml/min，升温速率为5～10℃·min-1，模拟煤样在空气中的氧化自燃，从室温25℃升至试样恒重为止；绘出煤样程序升温条件下得到的热重曲线；其特征在于定义起始温度为T0，失重结束点的温度T1为失水温度，增重结束点的温度T2为着火温度，煤样燃尽时的温度Tend为燃烧温度；利用热重曲线将煤的氧化自燃反应过程划分为三个阶段：当煤样剩余质量占总质量的百分比由起始温度T0对应的100％持续减小到失水温度T1 对应的值时，为失水失重阶段；当煤样剩余质量占总质量的百分比由失水温度T1对应的值持续增大到着火温度T2对应的值时，为氧化增重阶段；当煤样剩余质量占总质量的百分比由着火温度T2对应的值持续减小到燃烧温度Tend对应的恒重值时，为燃烧失重阶段；能自燃的煤在热重曲线中出现氧化增重阶段，不自燃的煤不出现氧化增重阶段或增重现象不明显，从而定义了着火活化能的概念，煤的着火活化能是煤的氧化自燃热重曲线中从增重开始点到增重终点阶段的活化能，即氧化增重阶段的活化能，并以此数值判定煤自燃的难易；最后是操作和计算：反应活化能的计算是根据阿伦尼乌斯公式；首先是确定反应动力学方程式中反应模型f(x)的函数形式，利用煤的氧化自燃反应各阶段转化率的计算公式求得各阶段的转化率，选择正确的反应机制，f(x)的函数形式即可确定；对反应模型f(x)的积分形式F(x)取对数，然后对反应温度的倒数1/T作图，由图中斜率即可得到反应过程中各阶段的活化能；具体操作和计算方法如下：a、应用热重分析仪自带的分析软件，点击文件菜单中的打开，弹出打开测量文件窗口，选择要进行分析处理的由热重实验得到的文件，点击打开，此时在软件的主窗口可以得到热重曲线；b、鼠标左键单击选中热重曲线，点击设置菜单中的X-温度或工具栏中的X-时间/X-温度图标，将图中的X轴由时间切换为温度；c、鼠标左键单击选中热重曲线，点击附加功能菜单中的导出数据，在弹出的窗口中选择全范围，步长2.5，然后点击输出按钮，在新弹出的窗口中给生成的文本文件命名并保存；最后点击关闭，回到原来的窗口界面；d、新建一个Excel文档，打开上一步保存的文本文档，进入文本导入向导对话框，导入起始行为第35行，分隔符号选分号，得到一个具有三列数据的Excel表格，删除第二列，在第一行上面插入一行写上每列的标题，第一列为温度，第二列为煤样剩余质量占总质量的百分比，第三列为煤样在各反应阶段的转化率，第四列为温度的倒数(1/T，1/K)，第五列为反应模型f(x)的积分形式F(x)取对数；表格中第一和第二列的数据是由文本文档导入直接得到的，再利用Excel的计算功能计算得到后几列的数据；e、各阶段转化率的计算：失水失重阶段转化率：$x=\frac{100-m_n}{100-m_1}(T_0<T_n<T_1)氧化增重阶段转化率：$ x=\frac{m_n-m_1}{m_2-m_1}(T_1<T_n<T_2)燃烧失重阶段转化率：$ x=\frac{m_2-m_n}{m_2-m_{\mathrm{end}}}(T_2<T_n<T_{\mathrm{end}})式中：x-转化率，％；mn-温度为Tn时对应的煤样剩余质量占总质量的百分比，％；m1-温度为T1时对应的煤样剩余质量占总质量的百分比，％；m2-温度为T2时对应的煤样剩余质量占总质量的百分比，％；mend-温度为Tend时对应的煤样剩余质量占总质量的百分比，％。f、应用Origin软件分别对三个阶段的数据进行处理。以1/T为x轴，lnF(x)为y轴进行描点作图，并进行线性拟合，得到动力学参数线性拟合方程Y＝A+BX，用斜率计算出各阶段的反应活化能E，E＝|B|·R，式中|B|为斜率的绝对值，R为普适气体常数8.314J/mol·k。$$$