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、硕士学位论文含甲烷供气条件下煤氧化特性的综合实验研究ComprehensiveExperimentalStudiesforCoalOxidationCharacteristicsUndertheConditionofContainingMethaneGas作者：焦汉林导师：杨胜强教授中国矿业大学二○一五年五月中图分类号TD75学校代码10290UDC622密级公开中国矿业大学硕士学位论文含甲烷供气条件下煤氧化特性的综合实验研究ComprehensiveExperimentalStudiesforCoalOxidationCharacteristicsund

2、ertheConditionofContainingMethaneGas作者焦汉林导师杨胜强申请学位工学硕士培养单位安全工程学院学科专业安全科学与工程研究方向矿井火灾与瓦斯防治答辩委员会主席评阅人二○一五年五月论文审阅认定书研究生焦汉林在规定的学习年限内，按照研究生培养方案的要求，完成了研究生课程的学习，成绩合格；在我的指导下完成本学位论文,经审阅，论文中的观点、数据、表述和结构为我所认同，论文撰写格式符合学校的相关规定，同意将本论文作为学位申请论文送专家评审。导师签字：年月日致谢在论文完成之际，由衷地感谢三年来给予我关心、支持和帮助的导师、同学！首先向导

3、师杨胜强教授致以最崇高的敬意和真挚的感谢！从课程的学习、论文的选题、实验方案的制定和完成，到论文撰写、修改的整个过程，杨老师都给予严格的要求和悉心指导。实验研究中遇到的复杂理论问题同样得到杨老师耐心、细致的启发和帮助。三年研究生生涯中，杨老师指导我学习广博的专业知识，指导我如何进行科学研究，同时在科研态度上也提出了要严谨求实、勤奋刻苦，在生活中为人要谦逊朴实、真诚友好。这些将让我受益一生，将继续指导我以后的科研、学习、生活和工作。对山西石港煤矿各位领导在研究工作中的帮助和指导表示衷心的感激！衷心感谢安全工程院各位领导和教师这三年来给予我许多关心和帮助。感谢

4、宋万新师兄、余照阳师兄、秦毅师兄在我实验研究过程中的指导及帮助，同学张淦星、刘少逢、李浩威、谢兵兵、韩宗建、赵欢欢、伦嘉云同学以及刘迎春、杨兆、蔡佳文师弟在实验过程中的大力支持。最后感谢各位专家百忙之中的审阅和指导。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

5、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

6、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

7、应机理研究提供新的角度。该论文有图32幅，表22个，参考文献85篇。关键词：含甲烷气体；气体输出装置；氧化产物；官能团；红外光谱IAbstractCoalspontaneouscombustionandminegasisthemaindisastersincoalmine,Incoalseamminingwithbothspontaneouscombustionandgasproblems,therewillbealotofgasemission.Itcontainsacertainamountofgasingoaf,oxygenconcentration

8、islowerthanthenormaloxygenconcent