[发明专利]一种煤氧化特征温度判定方法

说明书

本发明涉及矿井煤自燃灾害防治技术领域，具体涉及一种煤氧化特征温度判定方法，包括，步骤一：基于《GB/T 33304‑2016煤炭燃烧特性试验方法热重分析法》，对预处理的煤样进行热重分析实验，获得样品的热重分析F_(TG)曲线；步骤二：采用Origin、Matlab等数学分析软件，分别得到对F_(TG)进行一次和二次微分，得到煤样氧化过程质量变化速率函数F_(DTG)曲线和质量变化加速度函数F_(DDTG)曲线；步骤三：分别在F_(DTG)和F_(DDTG)曲线上标记其值为零的点(F_(DTG)＝0，F_(DDTG)＝0)、极大值点(F_(DTG)max、F_(DDTG)max)和极小值点(F_(DTG)min、F_(DDTG)min)；步骤四：根据F_(DTG)和F_(DDTG)曲线上的零点、极大值点和极小值点，分别判定临界温度(T₁)、干裂温度(T₂)、最大增速温度(T₃)、最大质量温度(T₄)、着火温度(T₅)、最大失重温度(T₆)、燃尽温度(T₇)。

技术领域

本发明涉及矿井煤自燃灾害防治技术领域，具体涉及一种煤氧化特征温度判定方法。

背景技术

煤自燃灾害的发生及发展过程是一个及其复杂、自动加速和动态变化的物理化学过程。煤自燃开始于物理吸附，低温下煤分子中不同类型的官能团与氧分子反应释放热量，当产热速率大于散热速率而形成热量积累，煤体温度不断升高，最终达到着火点而自发燃烧。为了研究煤的氧化过程表征参量，热重分析技术(TG)被广泛用于分析氧化过程煤的质量变化(TG曲线)和质量变化速率(DTG曲线)。煤的质量变化是由煤氧反应产生的活性结构数量和各种气体脱附造成的，质量变化速率可以反应煤的氧化反应速度和各种气体的产率。TG/DTG曲线的变化过程是煤氧化反应过程的外在表现，表征了煤的自燃特性。煤分子在某些特定温度下与氧分子发生物理吸附、化学吸附和化学反应，这些温度点就是煤氧化过程中出现的特征温度。特征温度是表征煤自燃倾向性的重要指标，是煤燃烧程度的直接衡量参数，是不同氧化阶段划分的重要依据。因此，采用热重实验研究煤氧过程热重曲线与特征温度变化规律，对揭示煤氧复合反应机理和建立煤自燃预测预报技术具有重要理论意义。

目前，基于热重法的煤氧化过程特征温度等参数虽然已被诸多学者研究过，但在精准判定过程中主要存在以下问题：①有些特征温度点只是介绍了其含义，具体计算方法不明确，例如临界温度在TG曲线上难以判定；②有些特征温度明确了判定方法，但是可操作性较差或者人为误差大，精度低，如着火点和燃尽温度分别可采用《GB/T 33304-2016煤炭燃烧特性试验方法热重分析法》中的切线交叉点方法得到，理论上可行，但是实际操作过程对切点的选取，会产生较大的人为误差；③有些特征温度虽然给定了计算方法，但是其深层次的物理意义有待进一步揭示，例如最大增速温度和最大失重温度均为DTG曲线上的极大值点，但是实际上是表征了在这两个特征温度点的反应加速度为零，即煤分子结构内部参与反应的某种微观活性官能团数量增长率达到极值点。以上问题的存在，为特征温度的精准数值判定带来难题，不利于煤自然发火灾害防治的理论指导。

发明内容

本发明的目的是为了克服背景技术中的不足，而提出了一种煤氧化特征温度判定方法。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种煤氧化特征温度判定方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一：基于《GB/T 33304-2016煤炭燃烧特性试验方法热重分析法》，对预处理的煤样进行热重分析实验，获得样品的热重分析F_(TG)曲线；