1、自燃是煤炭開采、運(yùn)輸和儲存過程中的自然災(zāi)害之一。眾所周知，低溫氧化是煤自加熱和自燃的主要機(jī)理，而動力學(xué)參數(shù)作為描述氧化過程的基礎(chǔ)特性數(shù)據(jù)，可用于預(yù)測煤自燃的傾向和指導(dǎo)煤自燃災(zāi)害的防治。為此，論文課題采用多種實(shí)驗(yàn)方法對典型高揮發(fā)分煤從接近于室溫到著火溫度的低溫氧化過程的動力學(xué)特性進(jìn)行了系統(tǒng)的研究。
　　采用籃子加熱法對6種煤（菲律賓煤、印尼煤、內(nèi)蒙神華煤、神新準(zhǔn)東煤、天池能源煤、烏東煤）的自燃過程進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究;采用交叉點(diǎn)溫度(CP

2、T)法和熱釋放(HR)法對在80-160℃范圍內(nèi)的低溫氧化動力學(xué)和放熱特性進(jìn)行了分析。測得的表觀活化能Ea由高到低依次為神新準(zhǔn)東煤、內(nèi)蒙神華煤、烏東煤、印尼煤、天池能源煤和菲律賓煤;氧化放熱功率從高到低依次為內(nèi)蒙神華煤、天池能源煤、印尼煤、菲律賓煤和烏東煤，神新準(zhǔn)東煤在溫度較低時氧化放熱功率較低，溫度較高時氧化放熱功率相對較高。結(jié)果表明，神新準(zhǔn)東煤與印尼煤、菲律賓煤低溫氧化和自燃特性接近，內(nèi)蒙神華煤和天池能源煤更容易發(fā)生自燃，烏東煤相對

3、不容易發(fā)生自燃。
　　基于熱重分析(TGA)和差示掃描量熱(DSC)同步熱分析開發(fā)了一種分析煤低溫氧化動力學(xué)特性的新方法，并應(yīng)用于6種煤的動力學(xué)特性的研究。結(jié)果表明，煤的主體燃燒階段的氧化動力學(xué)特性不能用來描述低溫氧化過程;TGA/DSC同步熱分析方法能夠測量從放熱反應(yīng)開始到著火溫度的低溫氧化過程的動力學(xué)特性;在相同的溫度范圍內(nèi)，TGA/DSC方法和籃子加熱法測量低溫氧化動力學(xué)參數(shù)和熱釋放速率是等效的。因此，所開發(fā)的TGA/DSC

4、同步熱分析可作為一種簡單、便捷的低溫氧化動力學(xué)分析方法應(yīng)用于煤自加熱和自燃特性的研究和工程實(shí)際。
　　應(yīng)用TAM恒溫量熱分析方法研究了2種煤樣在30-70℃的放熱特性和動力學(xué)特性。結(jié)果顯示，溫度對低溫氧化及放熱過程影響顯著，溫度越高放熱功率峰越高，整體放熱功率也越高，相應(yīng)的一定時間內(nèi)的放熱量越多;神新準(zhǔn)東煤在溫度較低時氧化放熱能力較內(nèi)蒙神華煤弱，溫度較高時氧化放熱能力較強(qiáng);TAM分析法測得的表觀活化能Ea與CPT法得到的結(jié)果基本一

5、致，二者放熱量的差異主要可能是兩種方法測量時水分行為的差異造成的。
　　采用原位漫反射傅立葉紅外變換光譜觀察了煤在低溫氧化過程中表面官能團(tuán)結(jié)構(gòu)的演化。研究表明，煤的官能團(tuán)結(jié)構(gòu)的紅外特征峰在50℃時主要為游離羥基、C-H及C-OH的振動帶，體現(xiàn)了水分的變化和行為，只有內(nèi)蒙神華煤表現(xiàn)出較明顯的氧吸附和表面反應(yīng);隨著溫度的升高，羰基C=O的振動帶開始顯著，且溫度越高，反應(yīng)時間越久，C=O各吸收峰的強(qiáng)度越強(qiáng)，也即O2吸附和氧化反應(yīng)能力越強(qiáng)