【论文推荐】邓军课题组揭示风化煤高温氧化发展演化规律

　　这是西安科技大学邓军教授课题组的最新成果。创新点为：采用高温程序升温试验系统模拟了风化煤的高温氧化自燃过程，得到了从常温到650 ℃高温氧化过程中的宏观自燃特性及其表征参数，并应用指标气体的增长率分析法确定出风化煤高温氧化的特征温度点。这项研究得到了国家自然科学基金、中国博士后科学基金、陕西省自然科学基金的资金支持。

　　在矿井实际生产中，广泛存在露头煤和浅埋煤层风化煤的开采，这些煤经过了风化作用，自燃特性已发生改变。目前许多学者对煤低温氧化阶段(200 ℃以下)开展了大量研究。但对高温(200～650 ℃)氧化条件下煤的自燃特性研究较少。

试验装置及条件

　　采用XKGW-1型高温程序升温试验系统对采自准格尔大源柳林沟露天煤矿的风化煤进行测试。煤样在空气中进行破碎并筛分出粒度0～0.9、0.9～3、3～5、5～7、7～10 mm的煤样各1 kg，并将这5种粒径的煤样按比例1∶1∶1∶1∶1均匀混合成混合煤样1 kg，其平均粒度为4.18 mm，试验所需煤样总计6 kg。下图为高温程序升温试验装置。

试验过程

　　首先用砂纸去除煤表面氧化层，再使用鄂式破碎机将新鲜煤样破碎，经过筛分、混合后制成试验所需煤样。然后将煤样装进煤样罐，连接好进出气口，检测装置气密性，控制流入煤样罐的气体流量为120 mL/min，调试好仪器。为了使出气口气体组分稳定，先通30 min空气，再开始升温。煤温每升高20 ℃取一次气样，对产生的气体浓度进行分析。试验煤样初始温度为33 ℃，30 min后试验煤样达到53 ℃，开始取气，进行色谱分析。15 h以后，煤温达到650 ℃，终止试验。

试验结果

　　风化煤在高温低氧浓度条件下仍能持续发生氧化反应，并放出大量的热量，来维持其自燃。

　　风化煤内含有的腐植酸会随着煤温的升高，逐渐发生热分解反应，从而导致氧化反应，产生的CO₂、CH₄、C₂H₄、C₂H₆浓度增加，且CH₄、C₂H₄、C₂H₆浓度随煤温的变化规律相似，由于风化煤受到化学风化作用，使这3种气体在低温阶段的浓度都比较小，之后随着温度的升高而迅速增大。

　　煤样粒径<0.9 mm时高温氧化产生的CO浓度，比其他粒径下的CO浓度总体上都大；在400～590 ℃，煤样粒径为7～10 mm时，高温氧化产生的CO浓度最小。

来源：邓军，宋佳佳，赵婧昱，等.高温氧化条件下风化煤自燃特性试验研究[J].煤炭科学技术，2017，45(1)：73-77，105.