[發(fā)明專利]一種煤實(shí)驗(yàn)最短自然發(fā)火期的測量方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201810950345.1
• 申請(qǐng)日: 2018-08-20
• 公開（公告）號(hào): CN109030768B
• 公開（公告）日: 2020-02-21
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 仲曉星;候飛;劉震起;李林達(dá);章琦
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國礦業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): G01N33/22
• 分類號(hào): G01N33/22;G01N5/02;G01N5/04
• 代理公司: 北京天達(dá)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11386
• 代理人: 侯永帥;馬東偉

本發(fā)明涉及一種煤實(shí)驗(yàn)最短自然發(fā)火期的測量方法，屬于煤測試方法，解決了現(xiàn)有煤實(shí)驗(yàn)最短自然發(fā)火期的測量方法復(fù)雜、測量準(zhǔn)確度低、周期長的問題。本發(fā)明的測量方法，首先在設(shè)定的氧氣濃度氣流下做一系列固定升溫速率下的程序升溫實(shí)驗(yàn)，處理獲得水分蒸發(fā)和吸氧增重兩個(gè)階段的動(dòng)力學(xué)參數(shù)和最概然機(jī)理函數(shù)隨轉(zhuǎn)化率變化的函數(shù)關(guān)系式E(α)、g(α)和A(α)，然后挑選程序升溫過程中的多個(gè)溫度，在設(shè)定的氧氣濃度氣流下做恒溫實(shí)驗(yàn)，處理獲得各階段溫度隨轉(zhuǎn)化率變化的函數(shù)關(guān)系T(α)，獲得水分蒸發(fā)階段和吸氧增重階段所需時(shí)間，相加即獲得煤樣的實(shí)驗(yàn)最短自然發(fā)火期。該方法簡單、測量周期短、測試結(jié)果準(zhǔn)確，為指導(dǎo)煤礦現(xiàn)場生產(chǎn)提供重要依據(jù)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及煤測試方法，尤其涉及一種煤實(shí)驗(yàn)最短自然發(fā)火期的測量方法。

背景技術(shù)

我國是世界上煤自燃發(fā)火最嚴(yán)重的國家，據(jù)統(tǒng)計(jì)，國有重點(diǎn)煤礦中存在較為嚴(yán)重煤自燃現(xiàn)象的礦井約占56％。煤的自然發(fā)火期是指導(dǎo)煤礦現(xiàn)場生產(chǎn)的重要參數(shù)。

目前，自然發(fā)火期的測試方法有：統(tǒng)計(jì)法、類比法、大型實(shí)驗(yàn)臺(tái)法、小試樣絕熱實(shí)驗(yàn)法、建立發(fā)火模型法等。統(tǒng)計(jì)法和類比法得結(jié)果是根據(jù)已有的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)獲得的，存在經(jīng)驗(yàn)誤差；大型實(shí)驗(yàn)臺(tái)法是通過建立大型發(fā)火平臺(tái)，在實(shí)驗(yàn)室模擬井下煤自燃發(fā)火的過程，該方法獲得的結(jié)果雖然準(zhǔn)確性較高，但是實(shí)驗(yàn)周期長、用煤量大、成本高；小試樣絕熱實(shí)驗(yàn)法是通過建立小試樣絕熱自燃裝置，模擬自燃過程，該方法雖然成本低、周期短，但通過小試樣實(shí)驗(yàn)很難說明大量煤自燃發(fā)火的特性；建立發(fā)火模型法是通過抓住影響煤自燃的主要因素而忽略次要因素，獲得的結(jié)果準(zhǔn)確性較差。

發(fā)明內(nèi)容

鑒于上述的分析，本發(fā)明旨在提供一種煤實(shí)驗(yàn)最短自然發(fā)火期的測量方法，用以解決現(xiàn)有煤實(shí)驗(yàn)最短自然發(fā)火期的測量方法復(fù)雜、用煤量大、測量準(zhǔn)確度低、周期長的問題。

本發(fā)明的目的主要是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：

本發(fā)明的煤實(shí)驗(yàn)最短自然發(fā)火期測量方法如下：

一種煤實(shí)驗(yàn)最短自然發(fā)火期的測量方法，包括以下步驟：

步驟S1：對(duì)煤樣進(jìn)行程序升溫實(shí)驗(yàn)，包括水分蒸發(fā)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(shù)據(jù)；

步驟S2：根據(jù)所述熱重變化數(shù)據(jù)計(jì)算獲得所述階段一系列的轉(zhuǎn)化率；根據(jù)所述轉(zhuǎn)化率計(jì)算獲得不同轉(zhuǎn)化率下的表觀活化能，并擬合獲得表觀活化能與轉(zhuǎn)化率函數(shù)；獲取最概然機(jī)理函數(shù)；根據(jù)各轉(zhuǎn)化率下的截距和最概然機(jī)理函數(shù)獲得對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)化率下的指前因子，并由動(dòng)力學(xué)補(bǔ)償效應(yīng)獲得所述階段的指前因子與轉(zhuǎn)化率函數(shù)；

進(jìn)行恒溫實(shí)驗(yàn)，在所述階段中分別選取多個(gè)實(shí)驗(yàn)溫度作為恒溫實(shí)驗(yàn)溫度，獲得所述階段各恒溫溫度下煤樣反應(yīng)最終剩余熱重，根據(jù)所述熱重計(jì)算轉(zhuǎn)化率，擬合獲得所述階段的溫度與轉(zhuǎn)化率函數(shù)；

步驟S3：對(duì)Arrhenius速率方程積分變化獲得自然發(fā)火期求解公式，分別將所述階段表觀活化能與轉(zhuǎn)化率函數(shù)、最概然機(jī)理函數(shù)、指前因子與轉(zhuǎn)化率函數(shù)以及溫度與轉(zhuǎn)化率函數(shù)帶入到所述求解公式中，獲得水分蒸發(fā)階段和吸氧增重階段的反應(yīng)時(shí)間，所述反應(yīng)時(shí)間相加獲得煤樣實(shí)驗(yàn)最短自然發(fā)火期。

在上述方案的基礎(chǔ)上，本發(fā)明還做了如下改進(jìn)：

進(jìn)一步地，根據(jù)常用固相反應(yīng)動(dòng)力學(xué)機(jī)理函數(shù)以及不同轉(zhuǎn)化率對(duì)應(yīng)的溫度，獲得各轉(zhuǎn)化率下各機(jī)理函數(shù)對(duì)應(yīng)的概然活化能，與所述表觀活化能數(shù)值最接近的概然活化能所對(duì)應(yīng)的機(jī)理函數(shù)，即為最概然機(jī)理函數(shù)。

進(jìn)一步地，所述程序升溫實(shí)驗(yàn)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(shè)定氧氣濃度的氣流，流量為100ml/min；設(shè)置初始溫度為環(huán)境溫度，升溫速率分別為1℃/min、2℃/min、4℃/min和8℃/min，實(shí)驗(yàn)結(jié)束溫度為400℃，每次實(shí)驗(yàn)均取10mg煤樣。

進(jìn)一步地，所述程序升溫實(shí)驗(yàn)中階段轉(zhuǎn)化率計(jì)算公式為：