关键词：水浸煤；煤自燃特性；活化能
1程序升温氧化实验
利用程序升温实验装置，分析经原煤以及水浸时长分别为25天、50天、75天、100天的煤样在氧化过程中煤样活化能的变化趋势，研究水分对煤自然发火的影响，为科学地判定煤自燃状态提供依据。
1.1 实验装置与样品制备
本次程序升温实验利用实验室自主研发的煤自燃特性综合测试系统模拟装置，主要研究的是经过水浸泡后煤样的各种的性质的变化，所以煤样必须经过水（本文为统一实验条件选取蒸馏水）浸泡，由于煤矿井下的煤体在有水情况下（尤其是采空区）会发生性质上的变化，所以本实验模拟井下实际情况，不设计含水率实验。具体步骤为将研磨好的20-40目煤样分为5份，每份50g，将5份煤样在真空干燥箱中以25℃条件下真空干燥24小时，取出后分别称重并记录；之后再放入真空干燥箱以相同条件干燥24小时，取出后分别称重并记录，对比两次称重记录发现变化不大；继续放入真空干燥箱以相同条件干燥24小时，取出后分别称重并记录，发现重量几乎不变，所以认为煤样已经充分干燥了。上述过程将煤样在真空干燥箱中干燥了72小时。将得到的5份煤样，1份密封保存，4份分别放入4个含有500ml清水的瓶中浸泡，浸泡时将加入煤样进行充分搅拌，使煤样均匀分布于水中后将将瓶密封，在瓶上贴好浸泡时间标签，方便后面煤样的处理。煤样浸泡时间为25天、50天、75天和100天。查看煤样的标签日期，首先将浸泡25天的浸泡瓶解封，通过真空过滤泵过滤水分，在真空干燥箱干燥48小时，取出后称重并记录；之后再放入真空干燥箱以相同条件干燥24小时，取出后称重并记录，对比两次称重数据发现有微小偏差；之后再放入真空干燥箱以相同条件干燥12小时，取出后称重并记录，与上次称重记录对发现几乎没有偏差；再放入真空干燥箱以相同条件干燥12小时后认为煤样已经充分干燥，将煤样密封保存。以同样方式处理浸泡50天、75天和100天的煤样，处理时间主要取决于这次干燥后的称重数据与上次干燥后的称重数据的变化如何，如果变化非常小，则再经过一定时间的干燥之后认为煤样已经充分干燥。将没有浸泡的原煤、浸泡时间为25天、50天、75天和100天的煤样分别记为1号、2号、3号、4号和5号煤样。
上述煤样处理需要的仪器有电子天平、真空干燥箱、真空干燥泵和研磨机等；需要的实验材料有煤样、筛子、滤纸、可密封玻璃瓶、搅拌棒等。
1.2实验过程
将处理好的充分干燥煤样装入到反应罐中，煤样与底端温度传感器直接接触，温度传感器可以直接测得煤样温度，装入煤样要低于进气口，防止煤样堵塞进气口与出气口，放入煤样后由于反应过程中一直在通入空气，容易将煤粉带入到出气罐中影响实验结果，需要在煤样上放置石棉起到过滤作用。将煤样放好之后，拧紧反应罐，关闭箱门，在电脑软件上设置最高温度与升温速率，可以开始实验。
本实验实验参数为应罐内的干空气的流量设置为80ml/min，升温速率设置为1℃/min，当温度达到30℃时开始采集并测试各气体产物浓度，在升温过程中，反应罐内每隔十分钟采集一次并测试煤样氧化后各气体组分浓度以及炉温，当温度达到220℃后终止实验。
2数据分析
2.1计算公式
为了分析煤样在经过水浸充分干燥后的活化能变化情况，利用所得数据中耗氧量来计算煤样的活化能，了解活化能的变化规律，具体公式如下[5-6]：
2.2数据分析
利用公式（5），将上表中的相关数据带入，得到 与1/T之间的数
相关数据.根据得到的数据拟合直线，计算拟合直线的斜率，其斜率即为-Ea/R的值，这样可以求得各煤样的活化能。
根据拟合直线，得到各拟合直线的斜率，计算的到各煤样的活化能，如表1所示。
3 结论
由上述数据可以发现，1号煤样（原煤）的活化能最高，为62.3035KJ/mol，水浸煤样（2、3、4、5号煤样）的活化能均小于原煤，对于浸泡后充分干燥的煤样，随着浸泡时间的增加，水本身就是一种小分子溶剂，煤中存在的水分会由于煤的溶胀机理而发生结构的变化。如果将煤长期浸泡在水中，煤的溶胀会一直继续直到达到平衡，而由于煤是一种非均匀介质，其三维网络结构不规则，存在孔隙与孔隙之间存在隔断，这种隔断会加强煤的架构，但是随着煤在水中浸泡时间的持续，这种隔断结构会发生改变，甚至被破坏，这就会导致煤的溶胀继续，所以煤的溶胀平衡不容易达到。可以看到，一方面煤中含水量的大小会影响煤的动力学过程，同时煤在水中浸泡时间的长短也会影响煤的结构，改变煤的性质。浸泡时间越长，水对煤的溶胀也越彻底，达到的平衡效果也越好，对煤样的结构的改变也越大。
参考文献
[1]王德明,辛海会,戚绪尧,窦国兰,仲晓星.煤自燃中的各种基元反应及相互关系:煤氧化动力学理论及应用[J].煤炭学报,2014,39(08):1667-1674.
[2]李超,冯涛,王春波.煤中水分对其燃烧特性影响研究[J].电力科学与工程,2013,29(10):70-73.
论文作者:秦欣宇
论文发表刊物:《工程管理前沿》2019年5卷12期
论文发表时间:2019/11/18
标签：干燥论文; 称重论文; 干燥箱论文; 真空论文; 原煤论文; 数据论文; 水浸论文; 《工程管理前沿》2019年5卷12期论文;