[發明專利]一種煤實驗最短自然發火期的測量方法

有效

• 申請號: 201810950345.1
• 申請日: 2018-08-20
• 公開（公告）號: CN109030768B
• 公開（公告）日: 2020-02-21
• 發明（設計）人: 仲曉星;候飛;劉震起;李林達;章琦
• 申請（專利權）人: 中國礦業大學
• 主分類號: G01N33/22
• 分類號: G01N33/22;G01N5/02;G01N5/04
• 代理公司: 北京天達知識產權代理事務所(普通合伙) 11386
• 代理人: 侯永帥;馬東偉

1.一種煤實驗最短自然發火期的測量方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟S1：對煤樣進行程序升溫實驗，包括水分蒸發階段和吸氧增重階段，獲得所述階段不同升溫速率下的一系列熱重變化數據；

步驟S2：根據所述熱重變化數據計算獲得所述階段一系列的轉化率；根據所述轉化率計算獲得不同轉化率下的表觀活化能，并擬合獲得表觀活化能與轉化率函數；獲取最概然機理函數；根據各轉化率下的截距和最概然機理函數獲得對應轉化率下的指前因子，并由動力學補償效應獲得所述階段的指前因子與轉化率函數；

進行恒溫實驗，在所述階段中分別選取多個實驗溫度作為恒溫實驗溫度，獲得所述階段各恒溫溫度下煤樣反應最終剩余熱重，根據所述熱重計算轉化率，擬合獲得所述階段的溫度與轉化率函數；

步驟S3：對Arrhenius速率方程積分變化獲得自然發火期求解公式，分別將所述階段表觀活化能與轉化率函數、最概然機理函數、指前因子與轉化率函數以及溫度與轉化率函數帶入到所述求解公式中，獲得水分蒸發階段和吸氧增重階段的反應時間，所述反應時間相加獲得煤樣實驗最短自然發火期；

根據固相反應動力學機理函數以及不同轉化率對應的溫度，獲得各轉化率下各機理函數對應的概然活化能，與所述表觀活化能數值最接近的概然活化能所對應的機理函數，即為最概然機理函數；

所述程序升溫實驗包括如下步驟：在所述步驟S1中，在程序升溫儀中分別通入設定氧氣濃度的氣流，流量為100ml/min；設置初始溫度為環境溫度，升溫速率分別為1℃/min、2℃/min、4℃/min和8℃/min，實驗結束溫度為400℃，每次實驗均取10mg煤樣；

所述自然發火期求解公式為：

上式中，α為轉化率，α＞0；E(α)為階段表觀活化能與轉化率函數；A(α)為指前因子與轉化率函數；f(α)為最概然機理函數微分形式；T(α)為溫度與轉化率函數；

利用所述自然發火期求解公式求得水分蒸發階段的自然發火期t₁、吸氧增重階段的自然發火期t₂，即獲得煤樣的實驗最短自然發火期為t₁+t₂。

2.根據權利要求1所述的煤實驗最短自然發火期的測量方法，其特征在于，所述程序升溫實驗中階段轉化率計算公式為：

式中，α為轉化率，α＞0；m₀為初始熱重值，mg；m為反應過程的熱重值，mg；M為階段熱重總變化量，mg。

3.根據權利要求1所述的煤實驗最短自然發火期的測量方法，其特征在于，所述階段轉化率在0.05-0.95，轉化率的間隔為0.05；將轉化率對應的溫度和對應升溫速率帶入到Starink方程中，擬合獲得所述階段表觀活化能與轉化率函數E(α)為：

其中，C為常數項，C的計算公式為：

式中，β為程序升溫速率，℃/min；T為反應過程溫度，K；E為表觀活化能，kJ/mol；g(α)為最概然機理函數；A為指前因子；

所述階段對應轉化率下的最概然機理函數g(α)為：

所述指前因子求解公式為：

4.根據權利要求3所述的煤實驗最短自然發火期的測量方法，其特征在于，所述指前因子與轉化率函數關系式為：

lnA＝aE+b

其中，a、b為動力學補償系數；

所述動力學補償系數a、b由不同轉化率下的表觀活化能和指前因子擬合獲得；

再根據所述表觀活化能與轉化率函數E(α)獲得指前因子與轉化率函數A(α)。

5.根據權利要求3所述的煤實驗最短自然發火期的測量方法，其特征在于，所述最概然機理函數通過轉化率α±0.025范圍內的數據進行擬合求解，在計算煤實驗最短自然發火期時，在其轉化率α±0.025范圍內用相同的最概然機理函數。

6.根據權利要求1-5任一所述的煤實驗最短自然發火期的測量方法，其特征在于，在所述步驟S1之前，選取新鮮原煤進行研磨，篩選粒徑為120-160目的煤顆粒作為待測煤樣。

7.根據權利要求1-5任一所述的煤實驗最短自然發火期的測量方法，其特征在于，將所述煤樣置于陰涼、干燥的位置密封保存；所述恒溫實驗中的溫度為整數。