深部开采高温热液侵蚀煤自燃特性研究_中国煤炭行业知识服务平台

深部开采高温热液侵蚀煤自燃特性研究

煤炭学报
网络首发时间：2024-03-19 19:49:09

作者

潘荣锟胡代民贾海林晁江坤沈河迪刘伟
单位

河南理工大学安全科学与工程学院煤炭安全生产与清洁高效利用省部共建协同创新中心河南省瓦斯地质与瓦斯治理重点实验室一省部共建国家重点实验室培育基地
摘要

深部开采过程中，矿井水温度显著高于浅部煤层，高温热液侵蚀作用影响着煤体物化特征，进而对其自然发火特性产生影响。为研究深部开采热液侵蚀作用下的煤自然发火特性及其影响机制，通过低场核磁共振、分子动力学模拟、力学测试及C600微量热实验，分析了热液侵蚀作用对煤体孔隙度、孔径分布、力学强度、氧化热特征参数的影响规律，并结合相关性分析，定量描述了各个参数间的相关度。研究结果表明：热液侵蚀煤体受热应力和溶胀作用的双重影响，内部孔隙结构发生显著变化，热液温度与煤体总孔隙度之间存在显著正相关关系，相关系数为0.97；随着热液温度的升高，煤体总孔隙度由0.24%增长至1.35%，微孔占比由69%以上降至60%以下，中孔、大孔占比增大；煤体孔隙大小显著影响着氧气的扩散系数，随着煤体孔隙宽度的线性增加，氧气扩散系数呈指数增加；受高温热液侵蚀作用影响，煤体孔隙发育以及部分有机质的溶解显著降低了煤体的力学强度，从原煤到80 ℃热液侵蚀煤体，其抗压强度均值由23 MPa降低至11.6 MPa，降低了50%；相较于原煤，热液侵蚀煤体的放热强度更高，放热量更大，TH40、TH50、TH60、TH70、TH80放热量分别增加了12.61%、16.63%、17.32%、19.36%和25.02%，热液温度与煤氧化放热量间相关系数为0.92。高温热液侵蚀作用显著影响着煤的孔隙度及氧化过程，随着热液温度升高，煤体孔隙度增大，力学强度减弱，氧化过程耗氧量及氧化速率加快，放热量增加。高温热液侵蚀煤具有更高的自燃危险性，且热液温度越高，风险越大。
关键词

煤自燃深部开采热液侵蚀孔隙氧化
文章目录

1 实验与方法部分
1.1 煤样制备
1.2 实验流程及方法
1.2.1孔隙度测试
1.2.2分子动力学模拟
1.2.3力学实验
1.2.4微量热测试
2 热液侵蚀煤体物理化学特性演变
2.1 热液侵蚀煤体孔隙度演变规律
2.2 热液侵蚀煤体孔径分布变化
2.3 煤体孔隙对氧气扩散的影响
2.4 热液侵蚀煤体力学特性
3 热液作用下煤氧化热特性分析
3.1 热液侵蚀煤体氧化放热强度
3.2 热液侵蚀煤体氧化热释放量分析
4 热液作用加速煤氧化蓄热机制
5结论
相关文章

[1]煤热解-氧化-解吸CO气体分类测试技术与释放规律
[2]易自燃煤氧化的力学特性研究
[3]循环冲击下弱风化岩石力学特性与渗透率演化