神东矿区开采煤层自燃及预防基础研究

摘要

本论文应用量子化学理论和热重、红外光谱实验等理论与实验相结合的研究方法，建立了煤分子结构模型；研究了煤氧化自燃条件下产生的指标性气体，给出了生成指标性气体的浓度与温度的关系；应用量子化学分子轨道理论研究了煤与氧发生化学反应的活性点；在实验研究的基础上建立了煤的自燃机理理论，并在煤氧化自燃机理研究的基础上提出了用煤的着火活化能判定煤的自燃难易程度；应用神经网络理论，开发了适用的煤炭自然发火期预测系统；划分了神东矿区采煤工作面采空区的自燃危险区域；在理论和实验研究的基础上，提出了防止煤炭自燃的综合防治技术。主要研究内容和研究成果如下： 应用红外光谱技术实验研究了神东矿区的l3种煤样的煤分子的化学结构，分析了煤分子结构的红外光谱图，建立了煤的分子结构模型。分析煤样氧化自燃生成产物的红外3D光谱图谱，应用量子化学密度泛函(DFT)理论计算方法对构建的煤分子化学基本结构单元进行了优化，得到了分子构型参数和振动频率。将理论计算的频率与红外光谱实验得到的频率进行比较，其结果具有一致性，这说明了所建立的煤分子结构是正确的。 应用煤氧化自燃过程中在不同温度条件下红外光谱图官能团的峰面值的变化数据，确定了煤有机大分子侧链基团发生氧化反应的先后顺序，应用实验方法从微观上研究了煤的氧化自燃全过程，建立了煤炭自燃机理理论。 使用热重分析仪实验研究了煤氧化自燃过程。定义了煤氧化自燃过程的三个阶段和着火活化能，建立了煤炭自燃倾向性分类的新方法。 应用傅利叶变换红外光谱仪实验研究了煤氧化自燃过程中在不同温度条件下产生的不同的指标气体，得到了温度与浓度的关系数值表达式，建立定量关系，由此才能够定量求解了煤氧化自燃过程中不同温度条件下产生指标气体的浓度数值。 应用神经网络理论，开发了煤炭自然发火期预测仿真系统，建立了预测采掘工作面自燃发火期大样本训练空间系统，实现了应用神经网络理论准确预测采掘工作面自然发火期，并运用该软件系统准确预测了对神东矿区各采掘工作面的自然发火期，预测结果与实际相符。 以神东矿区采煤工作面采空区CO浓度的分布数据为依据，提出了应用采煤工作采空区CO浓度分布数据作为划分神东矿区采空区“三带”的标准。并用该方法对神东矿区部分工作面的采空区进行了“三带”划分，结果与实际相符。 应用着火活化能理论定量研究了神东矿区不同煤种的煤在氧化自燃过程中加入阻化剂后的阻化效果，确定了神东矿区各工作面应该选用的阻化剂，以及应加入阻化剂的配比。在应用神东矿区原有的火灾防治技术基础上，提出了在采煤工作面从进、回风巷起沿采煤工作面方向30m范围内采空区通过雾化喷头将阻化液喷入采空区实施气雾阻化的措施，有效了防止了煤的自燃。

目录

文摘

英文文摘

1绪论

2理论和研究方法

3煤分子基本结构单元的化学结构研究

4煤样氧化自燃生成指标性气体研究

5神东矿区煤层自然发火机理研究

6神东矿区煤层煤的自燃倾向性分类新方法研究

7神东矿区采煤工作面自然发火期预测研究

8神东矿区综采工作面采空区“三带”划分

9神东矿区煤自燃火灾综合防治技术研究

结论与展望

科研和论文发表情况

致谢

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