[發明專利]一種煤氧化特征溫度判定方法

在審

• 申請號: 202111360428.3
• 申請日: 2021-11-17
• 公開（公告）號: CN114062427A
• 公開（公告）日: 2022-02-18
• 發明（設計）人: 李珍寶;李廣印;劉金良;王鳳雙;梁瑞;王紹瑞;劉鶴;李超
• 申請（專利權）人: 蘭州理工大學
• 主分類號: G01N25/20
• 分類號: G01N25/20;G01N5/00
• 代理公司: 北京興智翔達知識產權代理有限公司 11768
• 代理人: 李琴

本發明涉及礦井煤自燃災害防治技術領域，具體涉及一種煤氧化特征溫度判定方法，包括，步驟一：基于《GB/T 33304?2016煤炭燃燒特性試驗方法熱重分析法》，對預處理的煤樣進行熱重分析實驗，獲得樣品的熱重分析F_(TG)曲線；步驟二：采用Origin、Matlab等數學分析軟件，分別得到對F_(TG)進行一次和二次微分，得到煤樣氧化過程質量變化速率函數F_(DTG)曲線和質量變化加速度函數F_(DDTG)曲線；步驟三：分別在F_(DTG)和F_(DDTG)曲線上標記其值為零的點(F_(DTG)＝0，F_(DDTG)＝0)、極大值點(F_(DTG)max、F_(DDTG)max)和極小值點(F_(DTG)min、F_(DDTG)min)；步驟四：根據F_(DTG)和F_(DDTG)曲線上的零點、極大值點和極小值點，分別判定臨界溫度(T₁)、干裂溫度(T₂)、最大增速溫度(T₃)、最大質量溫度(T₄)、著火溫度(T₅)、最大失重溫度(T₆)、燃盡溫度(T₇)。

技術領域

本發明涉及礦井煤自燃災害防治技術領域，具體涉及一種煤氧化特征溫度判定方法。

背景技術

煤自燃災害的發生及發展過程是一個及其復雜、自動加速和動態變化的物理化學過程。煤自燃開始于物理吸附，低溫下煤分子中不同類型的官能團與氧分子反應釋放熱量，當產熱速率大于散熱速率而形成熱量積累，煤體溫度不斷升高，最終達到著火點而自發燃燒。為了研究煤的氧化過程表征參量，熱重分析技術(TG)被廣泛用于分析氧化過程煤的質量變化(TG曲線)和質量變化速率(DTG曲線)。煤的質量變化是由煤氧反應產生的活性結構數量和各種氣體脫附造成的，質量變化速率可以反應煤的氧化反應速度和各種氣體的產率。TG/DTG曲線的變化過程是煤氧化反應過程的外在表現，表征了煤的自燃特性。煤分子在某些特定溫度下與氧分子發生物理吸附、化學吸附和化學反應，這些溫度點就是煤氧化過程中出現的特征溫度。特征溫度是表征煤自燃傾向性的重要指標，是煤燃燒程度的直接衡量參數，是不同氧化階段劃分的重要依據。因此，采用熱重實驗研究煤氧過程熱重曲線與特征溫度變化規律，對揭示煤氧復合反應機理和建立煤自燃預測預報技術具有重要理論意義。

目前，基于熱重法的煤氧化過程特征溫度等參數雖然已被諸多學者研究過，但在精準判定過程中主要存在以下問題：①有些特征溫度點只是介紹了其含義，具體計算方法不明確，例如臨界溫度在TG曲線上難以判定；②有些特征溫度明確了判定方法，但是可操作性較差或者人為誤差大，精度低，如著火點和燃盡溫度分別可采用《GB/T 33304-2016煤炭燃燒特性試驗方法熱重分析法》中的切線交叉點方法得到，理論上可行，但是實際操作過程對切點的選取，會產生較大的人為誤差；③有些特征溫度雖然給定了計算方法，但是其深層次的物理意義有待進一步揭示，例如最大增速溫度和最大失重溫度均為DTG曲線上的極大值點，但是實際上是表征了在這兩個特征溫度點的反應加速度為零，即煤分子結構內部參與反應的某種微觀活性官能團數量增長率達到極值點。以上問題的存在，為特征溫度的精準數值判定帶來難題，不利于煤自然發火災害防治的理論指導。

發明內容

本發明的目的是為了克服背景技術中的不足，而提出了一種煤氧化特征溫度判定方法。

為實現上述目的，本發明采用的技術方案是：

一種煤氧化特征溫度判定方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟一：基于《GB/T 33304-2016煤炭燃燒特性試驗方法熱重分析法》，對預處理的煤樣進行熱重分析實驗，獲得樣品的熱重分析F_(TG)曲線；