煤自燃临界温度的特性及形成机理

煤自燃的临界温度是煤低温氧化向快速氧化转变的特征点，是认识和评价煤自燃特性的关键参数，也是煤炭自燃灾害防治中的关键阶段。针对现有的单参数测试手段与研究方法的不足，本项目创新地采用原位技术实时在线测试临界温度段（50～130℃）的气体产物、耗氧量、产热量、官能团与自由基浓度等参数随氧化时间与温度的变化，研究该阶段煤自燃的产热产物动力学模型，官能团与自由基浓度变化之间的关系，影响临界温度的关键因素等；结合量子化学软件对不同煤种不同活性官能团反应过程的计算模拟，综合分析各测试参数之间的内在联系，推导煤临界温度段不同官能团的氧化反应步骤及各反应步骤的产物和产热量。在此基础上建立煤自燃临界温度变化前后的氧化动力学反应模型，揭示煤自燃临界温度的特性及形成机理。研究成果对深入认识煤自燃机理具有重要的科学意义，也对指导煤炭自燃防治具有重要的现实意义。

采用绝热氧化和程序升温实验，研究了不同变质程度煤自燃过程中的温升速率与氧化产物随温度的变化，在此基础上建立了基于氧化产物的煤自燃临界温度计算数学模型，提出了基于程序升温氧化产物的煤自燃临界温度测试方法，并采用该方法分析了煤样粒径、含水量对自燃临界温度的影响；测试分析了不同煤样临界温度前后官能团与自由基浓度随反应温度的变化的规律，利用量子化学计算推导了煤中主要活性单元的反应步骤及其热效应；最终通过综合分析各测试参数之间的内在联系，阐述了煤自燃临界温度的形成机理。研究期间发表学术论文10篇，其中SCI 2篇，EI 7篇，授权发明专利1项，获得国家技术发明二等奖1项。