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原文传递一种煤易自燃临界水分的确定方法

专利名称：	一种煤易自燃临界水分的确定方法
摘要：	本发明公开了一种煤易自燃临界水分的确定方法，属于煤矿井下煤自燃灾害防治技术领域。该方法包括以下步骤：(1)建立基于CO浓度的煤自燃临界温度计算模型；(2)采用通氮干燥法测试煤自然含水率a与饱和含水率c，设计合适的含水梯度；(3)采用微型注射器按比例添加水分，配制成不同含水率的实验煤样；(4)用气相色谱仪测试不同含水率煤样在30～180℃时的CO浓度；(5)分2段线性拟合不同含水率煤样lnCout对1/T曲线，求得煤自燃不同反应阶段的相关系数分别为S1和S2；(6)由K＝S1S2最大值确定煤自燃临界温度；(7)由极小值原则确定煤易自燃临界水分b。本发明方法能够实现煤易自燃临界水分的定量确定。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	北京;11
申请人：	煤炭科学技术研究院有限公司
发明人：	徐长富;孙喜贵;王海燕;李艳川;张思睿;赵文超;郭重托;姚海飞;王雪宁;柴佳美;孙建贞;郑忠亚;吴海军;张帅
专利状态：	有效
申请日期：	2018-11-29T00:00:00+0800
发布日期：	2019-04-23T00:00:00+0800
申请号：	CN201811440280.2
公开号：	CN109668935A
代理机构：	青岛智地领创专利代理有限公司
代理人：	张红凤
分类号：	G01N25/56(2006.01);G;G01;G01N;G01N25
申请人地址：	100013 北京市朝阳区和平里青年沟路5号
主权项：	1.一种测定煤易自燃临界水分的方法，其特征在于，依次包括以下步骤：步骤一、建立基于CO的煤临界温度计算模型，所述模型如式(1)所示：式中：Cout为煤样罐出口的CO浓度，10-6；E为活化能，J/mol；R为气体常数，8.314J/(mol·K)；Ti为绝对温度，K；A为指前因子；S为煤样罐的底面积，m2；L为煤样罐的高度，m；m为煤与1mol O2反应生成CO的摩尔数；为氧气含量，mol/m3；n为反应级数；k为单位换算系数，22.4×109；vg为气体流速，m3/s；当供气流量一定时，ln Cout与1/Ti是一条直线；通过计算拟合曲线斜率-E/R，可求得煤在不同氧化反应阶段的活化能；而活化能发生突变的温度即为煤自燃临界温度；步骤二、测试煤样自然含水率a与饱和含水率c，确定实验煤样的含水率梯度；步骤三、将不同粒径的煤样混合封装，向其中加入不同质量的水后，混合均匀，配制得到不同含水率的实验煤样；步骤四、分析不同含水率煤样自燃氧化过程中CO的变化趋势；步骤五、lnCout对1/T曲线的线性好坏由相关系数S来确定，而判断2段曲线的线性好坏由相关系数乘积K＝S1S2确定；步骤六、根据K的极大值初步确定煤自燃临界温度范围，其具体数值由两段曲线的交叉点横坐标1/T倒数确定；步骤七、画出煤自燃临界温度随含水率的变化曲线，煤自燃临界温度极小值所对应的水分即为煤易自燃临界水分b。 2.根据权利要求1所述的一种测定煤易自燃临界水分的方法，其特征在于：步骤一中所述的建立基于CO的煤临界温度计算模型，其具体步骤如下：煤氧复合反应模式如式(2)所示： coal+O2→mCO+gCO2+其它产物 (2) 由反应速率公式知，在任意温度条件下，气体产物CO与耗氧速率之间的反应速率如式(3)所示：式(3)中，v(CO)为CO的产生速率，mol/(m3·s)；m为煤与1mol O2反应生成CO的摩尔数；v(O2)为耗氧速率，mol/(m3·s)；k为化学反应速度常数；为氧气含量，mol/m3；n为反应级数；由阿伦尼乌斯方程知： k＝Aexp(-E/RTi) (4) 式(4)中，A为指前因子；Ti为绝对温度，K；E为活化能，J/mol；R为气体常数，8.314J/(mol·K)；将式(4)代入(3)得：在模拟煤氧化过程中，假设：①反应前后煤样质量不变；②煤氧反应时氧气的初始反应浓度不变；③风流仅沿煤样罐的轴向流动；④煤样罐内煤温均匀，则沿煤样罐轴向dz煤样的CO标准生成速率为： Sv(CO)dz＝kvgdc (6) 式(6)中：S为煤样罐的底面积，m2；k为单位换算系数，22.4×109；Vg为气体流速，m3/s；c为煤氧化反应过程中CO产生量，10-6；将式(5)带入式(6)得：对式(7)两端积分得：式(8)中，L为煤样罐的高度，m；Cout为煤样罐出口的CO浓度；对式(8)两边取自然对数得： 3.根据权利要求2所述的一种测定煤易自燃临界水分的方法，其特征在于：步骤二中，在实验室利用实验的方法测试煤自然含水率与饱和含水率，依照《GB/T212-2008煤的工业分析方法》采用通氮干燥法。 4.根据权利要求2所述的一种测定煤易自燃临界水分的方法，其特征在于：步骤三中，将粒径为0～1mm、1～3mm、3～5mm的煤样按质量比1∶1∶1均匀混合封装。 5.根据权利要求2所述的一种测定煤易自燃临界水分的方法，其特征在于：步骤四中，利用程序升温实验装置与气相色谱仪来分析不同含水率煤样自燃氧化过程中CO的变化趋势，所述程序升温实验装置控温精度为±0.1℃；所述气相色谱仪其CO最小检测浓度≤0.1×10-6。 6.根据权利要求1所述的一种测定煤易自燃临界水分的方法，其特征在于：步骤五中，所述K的定义如下： K＝S1S2 (10) 式中，S1表示煤样从30℃到转折点附近温度时的缓慢氧化阶段相关系数，S2表示煤样从转折点附近温度到180℃时的加速氧化阶段相关系数。
所属类别：	发明专利