煤炭自燃阻化劑的試驗研究

2015年1月鄭州大學(xué)學(xué)報(工學(xué)版)Jan.2015第36卷第1期Jourmal of Zhengzhou University ( Engineering Science)Vol. 36 No. 1文章編號:1671 - 6833(2015)01 -0041 -04煤炭自燃阻化劑的試驗研究王要令，池吉安，陳鐸(河南城建學(xué)院化學(xué)與材料工程學(xué)院,河南平頂山467036)摘要: 煤炭自燃是煤礦開(kāi)采業(yè)面臨的一個(gè)嚴重問(wèn)題.阻化劑防滅火技術(shù)是抑制煤炭自燃的重要方法之一.為尋找高效阻化劑以阻止煤炭自熱引燃,對CaCl,、MgCl,、NaCl及復合阻化劑進(jìn)行研究,通過(guò)雙氧水氧化升溫實(shí)驗和活化能實(shí)驗,考察阻化劑的阻化效果.實(shí)驗結果表明:4種阻化劑均為煤炭自燃有效阻化劑,其中復合阻化劑的阻化效果最好.復合阻化劑無(wú)毒無(wú)害,使用方便.關(guān)鍵詞:阻化劑;煤炭;自燃;阻化效果;活化能中圖分類(lèi)號: TD75文獻標志碼: Adoi:10. 3969/j. issn. 1671 - 6833.2015.01.010XL箱式電阻爐,河南省鶴壁市儀表廠(chǎng);WRK0引言熱電偶,江蘇省金湖縣聯(lián)合儀表廠(chǎng);79HW-1恒溫我國煤炭資源豐富,產(chǎn)量和消費量居世界前磁力攪拌器,江蘇金壇市環(huán)宇科學(xué)儀器廠(chǎng);萬(wàn)用列,但大約有75%的開(kāi)采煤層存在自燃發(fā)火危表,鴻昌濱江電子儀器有限公司.險".煤的自燃是煤礦嚴重自然災害之-,不僅2煤樣及 阻化劑的配制污染環(huán)境、造成嚴重的資源浪費,還會(huì )造成人員傷亡,所以防止煤礦煤的自燃尤為重要.目前,較常2.1原煤樣的制備用的煤自燃防滅火技術(shù)主要有注水、灌漿、漏風(fēng)封試驗所用煤樣為山西靈石肥煤,工業(yè)分析結堵、阻化劑、惰性氣體、凝膠、粉煤覆蓋等[2-6].其果見(jiàn)表1.中,利用阻化劑抑制煤炭自燃,是國內外煤礦常用將采集的新鮮煤樣5 kg粉碎后混合均勻,取的防滅火技術(shù)之- -.阻化劑主要有銨鹽阻化劑、凝≤0.9 mm粒度的煤樣放人瓷盤(pán),至于鼓風(fēng)干燥箱膠阻化劑、復合阻化劑、高聚物阻化劑、泡沫阻化內,在60 C下干燥,每隔- -定時(shí)間稱(chēng)量1次,待煤劑等1711.但均存在一定的缺陷,譬如阻化效果樣恒重后取出,裝人密閉容器內備用.差、阻化壽命短、價(jià)格成本高、產(chǎn)生有毒物等.所以，表1煤樣工業(yè)分析結果開(kāi)發(fā)經(jīng)濟合理、使用方便、阻化效果好、環(huán)境友好Tab.1 Industrial analysis results of coal sample %的新型煤自燃阻化劑具有重要的工業(yè)價(jià)值.樣品揮發(fā)分Vdaf灰分 Aad金水分 Mt考慮到阻化劑在選擇方面要以經(jīng)濟、環(huán)保、高靈石肥煤30. 869.9914效為目的,又結合地方發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟理念的實(shí)際情況,筆者以本地尾礦的主要成分MgCl2、CaCl2、2.2阻 化劑的制備N(xiāo)aCl及三者的復合物為阻化劑,通過(guò)雙氧水氧化2.2.1單體 阻化劑升溫試驗和活化能試驗,考察各阻化劑的阻化效根據前期研究結果,濃度為15%的氯鹽阻化果.以期得到環(huán)境友好的新型阻化劑,并為尾礦的劑阻化效果經(jīng)濟高效. CaCl2. MgCl2、NaCl具有很綜合利用提供技術(shù)支持.強的吸水性,能使煤長(cháng)期處于潮濕狀態(tài),形成的水1試驗 原料和儀器膜隔絕氧氣,抑制煤的低溫氧化.稱(chēng)取MgCl2阻化劑試樣20 g,放人燒杯中,用無(wú)機鹽:CaCl2 , MgCl2 ,NaCl;蒸餾水.少量蒸餾水進(jìn)行溶解,待全部溶解后,移入容量瓶收稿日期:2014-08 - 30;修訂日期:2014-10-19基金項目:河南省科技攻關(guān)資助項目(122102210395);平頂 山市重點(diǎn)中國煤化工:河南城建學(xué)院2015基金重點(diǎn)項目(201SJZD00).JMYHCNMH G.作者簡(jiǎn)介:王要令(1979-),女,河南平頂山人,河南城建學(xué)院講師,研...M以集化工, E-mail:wyl375@ hnej. edu. cn..第1期王要令,等:煤炭自燃阻化劑的試驗研究4:圖2所示.水濕煤和阻化煤樣的氧化反應活化能. F-K模型是一定幾何的試樣與相應的臨界自燃溫度之間的30+ 4cm水濕煤25母4cm阻化煤相互關(guān)系,此處假定,強制對流條件下煤的氧化反士6cm水濕煤應對氧而言是零級的,即ln(δ。T/2) =p- E/RT[,(1)+ 8cm阻化煤P = ln( EQAp/R\).(2)量18式中:A為指數前因子;E為反應活化能,J●mol~;Q為煤的燃燒熱值,300 J●mol~'O2' ;R為理想氣體常數,8.314 J●mol-'●K~';T[為臨界自燃溫度,K;δ。為F-K臨界參數，立方體取2. 52;p為581021416182022煤的堆積密度,760 kg. m';λ為煤的導熱系數,圖2煤樣中心溫度的變化曲線(xiàn)0.194 W●mol-'. K~;r為特征尺寸, mm,此處Fig.2 Core temperature curves of coal sample為1/2立方體邊長(cháng).由圖2根據熱電偶測溫原理及熱電偶分度利用表2中的數據,以ln(δT%/r )為縱坐標,表,計算可求出不同尺寸煤樣的臨界自燃溫度,結1/T為橫坐標作圖，所得到的直線(xiàn)斜率為- E/R,從而可得到活化能值,如圖3所示.此處活化能是果見(jiàn)表2.根據測得臨界溫度T,通過(guò)F - K模型估計由實(shí)驗數據最小二乘法回歸的直線(xiàn)斜率求得的.表2臨界自燃溫度與尺寸 的關(guān)系Tab.2 Relationship between critical ignition temperature and size立方體臨界自燃溫度T:/C1000/k-1In(8.T:/2)T.邊長(cháng)/mm水濕煤復合阻化煤1842. 3092. 1877.0757.183501451752. 3912. 2316.1946.33201201502. 5452. 3635. 494.5. 642穩定,所以活化能最高[15].4種阻化劑的阻化效果強弱順序依次為:復合阻化劑、CaCl,阻化劑、MgCl2阻化劑、NaCl阻化劑.表3各煤樣的活化能Tab.3 Activation energy of coal samples煤樣活化能E/(kJ. mol-')2-53.39- 線(xiàn)性(阻化煤)CaCl2 +煤60.15MgCl2 +煤57. 56000/TNaCl+煤55.06圖3 ln(6.T:/r2)與1/T. 關(guān)系復合阻化劑+煤66.02Fig.3 Relationship between ln(δT/r2) and 1000/T.各煤樣的活化能試驗結果見(jiàn)表3.由表3可5結論知,各阻化煤樣的活化能均高于水濕煤,說(shuō)明4種(1)4種阻化劑通過(guò)吸水降溫、覆蓋煤表面活阻化劑均起到了阻化作用;而復合阻化劑對應的性中心、降低煤表面的吸氧能力和表面氧化速度阻化煤樣活化能最高,說(shuō)明添加阻化劑后,煤的活等作用對煤的自執楔恪起到了抑制作用.性基團與阻化劑中的Ca、Mg、Na作用生成了穩定(2)復中國煤化工術(shù)于單體阻化的配合物,從而降低了煤分子中活性基團與氧反.劑,質(zhì)量比YHCNMHG、NacCl復合阻.應的活性;而復合阻化劑與煤形成的配合物最為化劑對靈石肥煤阻化效果最好..44鄭州大學(xué)學(xué)報(工學(xué)版)2015年.(3)質(zhì)量比為10:4:1的CaCl2、MgCl2、NaCl[7] PANDEY J, MOHALIK N K, MISHRA R K, et al.復合阻化劑溶于水,無(wú)毒無(wú)害,成本較低,是一種Investigation of the role of fire retardants in preventing環(huán)保型阻化劑.spontaneous heating of coal and cotolling coal minefires [J]. Fire Technology, 2012 ,48: 1-19.參考文獻:[8] LI Li-cheng, ZHENG Zhi- yang, WANG Qun-ying, etal. Polyethylene as a novel low-temperature inhibitor[1]謝鋒承. 阻化劑抑制煤自燃的實(shí)驗研究[D].焦作:for lignite coal[J]. Jourmal of Thermal Analysis and河南理工大學(xué)安全科學(xué)與工程學(xué)院,2011.Calorimetry ,2014, 117 (3):1321 - 1325.[2] YANG Yong-liang, LI Zeng-hua, TANG Yi-bo, et al.[9]于水軍,賈博宇,張朋飛,等.新型凝膠對煤的阻化Fine coal covering for preventing spontaneous combus-性能熱分析法研究[J].煤礦安全,2013 ,44(4) :31tion of coal pile[J]. Nat Hazards,2014, 74 (2) :603- 34.- 622.[3] OZDENIz a, SIVRIKAYAO, SENSOCUTC. Inver [10] 王要令.防止煤炭自燃阻化劑研究進(jìn)展[)].化工時(shí)刊,2013, 27(1):32 -35.tigation of spontaneous combustion of coal in under-[11]王亞敏.防止煤炭自燃的化學(xué)阻化劑的實(shí)驗結果研g(shù)round cocoal mining[ C ]//Proeedings of the 22nd究[J].煤炭技術(shù),2014, 33(2):183 -185.MPES Conference. Dresden: Springer International[12]肖輝,杜翠鳳.新型高聚物煤自燃阻化劑的實(shí)驗研Publishing, 2014: 637 -644.究[J].安全與環(huán)境學(xué)報,2006,6(1) :46 - 48.[4] 朱玉龍，張小東,龐光榮,等.急傾斜易自然薄煤層[13] 李培.煤炭自燃化學(xué)阻化的實(shí)驗結果分析[J].煤群開(kāi)采綜合防滅火技術(shù)研究[J].礦業(yè)安全與環(huán)保,炭技術(shù),2013 ,32(12) :93 -94.2014, 41(3) :78 -81.[5]于水軍,賈博宇,張朋飛，等.新型凝膠對煤的阻化[14]董希琳. DDS系列煤炭自燃阻化劑試驗研究[J].火災科學(xué),1997,6(1) :20-25.性能熱分析法研究[J].煤礦安全,2013, 44(4):31[15] 王雪峰.煤活性基團與Ca*形成配合物的結構與表[6] 王要令,池吉安.煤炭自燃防火及滅火技術(shù)研究進(jìn)征[D].阜新:遼寧工程技術(shù)大學(xué)資源與環(huán)境工程學(xué)院,2009.展[J].化學(xué)研究,2013, 24(6) :649 -652.Experimental Research on Inhibitors of Coal Spontaneous CombustionWANG Yao-ling, CHI Ji-an, CHEN Duo .(School of Chemistry and Material Engineering, Henan Univernity of Urban Construction, Pingdingshan 467036 , China)Abstract: Coal spontaneous combustion is a serious problem for coal mining industry. The use of inhibitor toprevent coal spontaneous combustion is one important measure. To identify a high efficient inhibitor to sup-press the self-heating and spontaneous ignition of coal , the inhibiting effect of CaCl2 inhibitor and MgCl2 inhib-itor, NaCl inhibitor, combined inhibitor was investigated by H2O2 oxidation test and activation energy test.The results show that each of four inhibitors is efficient and the combined inhibitor is best for preventing coalspontaneous combustion.I In addition, the combined inhibitor is nonpoisonous and convenient in use.Key words: inhibitor; coal ; spontaneous combustion ; inhibiting effect; activation energy中國煤化工MHCNMHG.