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含甲烷供气条件下煤氧化特性的综合实验研究

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1 绪论

1.1研究背景及意义(Research Background and Significance)

1.2国内外研究现状(Domestic and Foreign Research Situation)

1.3本文的主要研究内容(Main Content in Present Study)

1.4论文的技术路线(Research Route)

2 含甲烷气体配比及输出实验装置

2.1实验装置研制意义(The significance ofexperimentaldevice)

2.2实验装置应满足的条件(The ExperimentalDevicetoMeet the Conditions)

2.3方案的优选(Optimization ofDesign Scheme)

2.4 实验装置及参数优化(Experimental Device and parameters optimization)

2.5 本章小结(Summary)

3 含甲烷供气条件下煤氧化产物实验研究

3.1 实验系统(Experimental System)

3.2实验过程(Experimental Process)

3.3含甲烷供气条件下煤自燃氧化产物的生成规律(Combustion Product Formation During Coal Spontaneous CombustionunderThe Condition of Methane-containedGas)

3.4煤低温氧化产物生成的理论分析(Theoretical Analysis ofCoal Oxidation Products)

3.5预报煤自燃标志性气体的优选(IconicGas Optimization of Forecasting Coal Spontaneous Combustion)

3.6本章小结(Summary)

4 含甲烷供气条件下煤的红外光谱实验研究

4.1实验系统及原理(ExperimentalSystem andPrinciple)

4.2实验方案及内容(ExperimentalScheme andContent)

4.3官能团的归属分析(Analysis of Chemical Groups in Coal)

4.4含甲烷供气条件下煤氧化过程中官能团变化规律(Functional Groups Analysis During CoalOxidationunder The Condition of Methane-contained Gas)

4.5煤低温氧化过程官能团变化与气体产物之间关系(The RelationshipBetweenChangesof FunctionalGroupsandGas Productsin theProcessofCoalOxidation atLowTemperature)

4.6小结(Summary)

5 结论与展望

5.1全文总结(Conclusions of The Master's Thesis)

5.2本文创新之处(Innovations of The Thesis)

5.3展望(Prospects)

参考文献

附录1

作者简历

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摘要

煤自燃和瓦斯是影响煤矿安全的主要灾害,在对高瓦斯易自燃煤层进行开采时,会有大量的瓦斯涌出,而采空区漏风流中含有一定量的瓦斯,氧气浓度也低于正常大气中的氧气浓度,煤自燃发火也是在该气体环境中发生。本文以阳煤集团石港煤矿为例,对其含甲烷供气条件下煤低温氧化特性进行实验研究。
  针对高瓦斯采空区中含有氧气、氮气和甲烷的实际情况,需配制含有易燃易爆气体的混合气体,提出了四种设计方案并对其进行分析优化,研制了含甲烷气体配比及输出实验装置。通过对实验装置进行参数优化实验,确定了最佳实验参数,验证了该装置的设计合理性和安全性,为煤低温氧化实验的进行提供了保障。
  开展了含甲烷供气条件下煤低温氧化产物实验,理论上分析了氧化产物的生成规律及煤低温氧化的过程,解释煤低温氧化过程中氧化产物的变化规律。得到在低氧高甲烷浓度的风流中,煤氧化产物的初始生成温度有“延迟效应”,氧化产物生成的初始温度滞后,为预测采空区煤自燃提供了参考依据。在符合石港煤矿实际情况的含瓦斯气体环境中,优选出了煤自燃早期预报的标志性气体。结果表明CO和C2H4气体可作为高瓦斯采空区煤自燃的指标气体。
  采用红外光谱仪分析了含甲烷供气条件下煤低温氧化过程中官能团种类和数量的变化规律。氧氮比较高时,高浓度的甲烷对含氧官能团的变化有抑制作用;随氧氮比例降低,含氧官能团反应也受到抑制,但甲烷体积分数对含氧官能团的数量变化无明显影响,脂肪烃官能团的生成速率随氧氮比降低而减小。芳环则相对稳定,基本不受氧气和甲烷浓度的影响。随氧化温度的升高,各基团种类和数量的变化是导致气体产物生成和变化规律的根本原因所在。
  论文研究成果为石港煤矿自燃过程的预测预报提供有力依据,利于制定有效的防灭火措施,并为采空区遗煤的自燃特性及煤的氧化反应机理研究提供新的角度。

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