高煤阶煤的阶跃性演化机理研究
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煤升温氧化动力学阶段性规律煤炭自燃对煤生产、储运构成重大威胁。
一般认为煤自燃是煤与氧气之间的物理化学作用,产生热量引起煤温度升高的结果。
通过氧化动力学分析可以推断煤自燃的难易程度及发展状态。
采用热分析实验进行氧化动力学的研究,一般基于Arrhenius定律及质量作用定律建立动力学模型,通过积分或微分法对其近似求解。
常用的积分法有Phadnis法、Coats-Redfern法、Flynn-Wall-Ozawa法等,微分法有Kissinger法、微分方程法等。
不少学者通过动力学研究分析了煤的自燃性。
张辛亥等以煤低温氧化耗氧速率为基础计算出不同变质程度煤的动力学参数,提出应结合活化能和指前因子表征煤自燃性;屈丽娜等研究了煤低温氧化不同温度段内反应级数和活化能,认为不同温度段内,煤反应能级越高其自燃性越弱;王继仁等将煤热分析过程按温度分为3个阶段,即失水失重阶段、吸氧增重阶段和氧化燃烧阶段,提出用吸氧增重阶段的活化能表征煤的自燃倾向性;A.O.Aboyade等采用模型拟合方法确定煤炭及一些生物质热分解反应的动力学,应用simpler 1级模型对反应速率进行合理的模拟,研究发现1级模型与煤热解的实验结果偏差很大,n级模型更加灵活,且应用n级模型预测结果实验吻合更好;战婧等以热重实验中氧化增重现象为线索,将煤低中温过程简化为3个平行竞相反应,认为煤氧化增重现象对应的反应及动力学过程并不能由单一反应模型来近似。
煤自燃在不同温度下反应机理一般是不同的,故活化能在该过程中也会发生變化。
应用等转化率法计算煤热分析实验过程中动力学参数,无需选择反应机理函数,可有效避免选择机理函数对结果的影响。
该方法基于多升温速率条件下,不同热分析曲线达到同一转化率所对应的温度呈线性相关的等转换率方程,通过拟合、计算斜率得到该转换率下煤的活化能。
该方法适用于反应有分段性及机理函数未知的情况。
周俊虎等应用热重红外光谱联用技术研究混煤热解特性。
深部煤岩体高温高压下的力学性质理论研究国内近年来随着埋藏在中、浅部煤炭资源的不断减少,以及机械化水平的提高,人们逐渐把目光转移到深部煤炭资源。
我国东部和中西部的一些大型国有矿井相继进入深部开采阶段,如大同、平顶山、阳泉等煤矿,未来几年内将不断有更多的˚大型煤矿进入800m以上的深部开采。
在深部开采中,煤岩体的力学性质发生了很大的改变,破坏机理也随之改变,最常见的是煤岩体流变和热损伤问题。
因此碰到了许多与浅部开采不同的工程问题。
随着采深的增加,矿山压力与温度都随之不断增加。
在深部条件下,地温常达到30˚C~50˚C,围压达到很大,工人作业条件差,巷道维护困难,发生冲击矿压的次数与强度将显著增加,但对采场顶板压力大小的影响并不突出。
岩石圈及岩石流变已成为大陆岩石圈研究的前沿和热点之一,受到国内外的科学家的重视。
1、高围压对岩石力学性质的影响在三向压缩条件下,随着围压的增大,岩石的屈服极限强度、强度峰值和残余强度都随之增大。
大部分岩石在一定的临界围压下出现屈服平台呈现塑性流动现象。
因此随着采深的增加,围压变大,煤岩体的极限强度变大,承载能力变强,岩石的韧性加强,使一些在浅部表现为比较坚硬的岩石在深部表现出软岩的大变形、大地压、难维护特征。
深部开采中,在自重应力和构造应力作用下,围压相比浅部高出很多,岩石承载能力和参与强度变大,脆性向延性转化,流变现象明显,破坏机理与浅部有较大区别。
王绳祖等对岩石的脆——韧性及塑性流动网络进行了深入的理论和实验研究。
他指出,随着矿物组成、粒度、流变、压力、应变速率、液体介质因素的变化,岩石有脆性—>半脆性——>半延性——>延性转化,这种变化过程涉及力学行为、宏观结构和微观物理机制,尤其是岩石共轭剪断网络和塑性流动网络的实验成果不仅深化了脆-韧性转化认识,同时为岩层多层模和塑性流动网络关系提供了实验依据。
对辉绿岩、辉长岩和石灰岩的脆-韧性转化,高温高压实验结果与上述结论是一致的。
煤矿供电系统防越级跳闸技术及其应用研究摘要:随着技术的发展,煤炭开采实现了机械自动化,显著提高了煤炭开采的效率和安全系数。
煤矿常用的电气设备均为高压供电机械设备,必须选用高压供电系统。
由于煤矿机械设备对电流的要求不同,供电系统采用多级供电系统。
为了确保供电系统的安全,每个供电系统都配备了跳闸保护设备,以防发生故障,如短路故障、电源故障等。
该保护设备逐渐动作,然后关闭电源,以保护人员和机器。
一般来说,在不久的将来,只需使常见故障位置附近的保护设备跳闸即可。
然而,常见故障引起的电网电压或电流波动有时会引起多级保护器动作,这会导致矿井大面积停电,不利于煤矿的安全开采。
因此,必须选择相应的方法,以避免机械和设备的交叉跳闸。
关键词:煤矿;供电系统;防越级跳闸技术;应用1越级跳闸原因分析1.1阶段过电流保护煤矿供电系统的保护形式为链式过流保护,即传统的继电保护方式。
保护方式分为三个阶段:第一阶段和第二阶段为零时间限速断路保护和限速断路保护,主要应用于源进线和出线;第三阶段是过流保护,关键应用是电源电路终端设备。
由于矿井供电系统的配电线路短而复杂,限速中断保护主要通过二次时差的协调来起作用。
下级配电线路设置优先电源电路快速中断保护周期为0,上级电源电路熔断保护周期为0.4~0.6s。
通常,根据时间差,需要0.5秒才能完成限速中断。
此外,限速切断保护根据当前操作值与二次时差配合,以确保系统具有选择性和灵敏度,避免系统软件异常。
1.2矿井供电系统保护分析煤矿路面设置35KV变电站,配套设施安装6KV配电线路,选用三级电流保护。
在一个区段中,根据较大的电流承载值进行设计,并装配了零速限断保护。
DL-1保护电流大于电源进线的短路故障电流,提高了供电系统的稳定性;第二段按最小短路故障电流值设计,并配有限速分断保护,以保护整个供电系统和电流系统;根据6KV配电线路最大负荷电流设计方案,第三段设置过流保护,防止发生大规模停电事故,保障供电系统正常运行和煤矿安全生产。
高煤阶储层煤层气解吸滞后现象定量表征及其对开发的影响XU Shijing;YUAN Xiaoxiao【摘要】This paper proposes two quantitative characterization indexes, such as residual adsorption gas content and desorption hysteresis coefficient through theoretical reasoning. And the two indexes are verified by the isothermal adsorption and desorption experiments. On this basis, the influence of desorption hysteresis on CBM development is analyzed. The results show that the modified Langmuir adsorption model is suitable for fitting the isothermal desorption data of high rank coal reservoirs. Residual adsorption gas contents and desorption hysteresis coefficient can be used to characterize quantitatively the degree of desorption hysteresis. The residual adsorption gas content and desorption hysteresis coefficient of coal samples are affected by reservoir physical properties. The lower the porosity and permeability, the smaller the pore radius and the larger the specific surface area of coal samples, the greater the residual adsorption gas content and desorption hysteresis coefficient. The phenomenon of desorption hysteresis leads to the decrease of actual desorption pressure in coal reservoirs. It is necessary to use isothermal desorption curve to calculate the actual desorption pressure.%通过理论推理提出了残余吸附气量和解吸滞后系数2个定量表征指标,并通过甲烷等温吸附、解吸实验进行了验证,在此基础上分析了解吸滞后对煤层气开发的影响.结果表明,基于残余吸附气量改造后的Langmuir吸附模型适用于高煤阶煤储层等温解吸数据的拟合;残余吸附气量和解吸滞后系数能够定量表征煤层气解吸滞后程度;煤样残余吸附气量和解吸滞后系数受储层物性特征影响,渗透率越低,孔隙半径越小,比表面积越大,残余吸附气量和解吸滞后系数越大.解吸滞后现象导致煤储层实际解吸压力降低,需要用等温解吸曲线来推算实际的解吸压力,且解吸滞后大大降低了煤层气的采出程度和解吸效率.【期刊名称】《煤矿安全》【年(卷),期】2019(050)006【总页数】5页(P16-19,23)【关键词】高煤阶;煤层气;解吸滞后;定量表征;残余吸附气量;解吸滞后系数【作者】XU Shijing;YUAN Xiaoxiao【作者单位】College of Petroleum Engineering, Yangtze University, Wuhan 430100, China;Oilfield Chemistry Department of Oil Production Technology Institute, Dagang Oilfield Company, CNPC, Tianjin 300280, China【正文语种】中文【中图分类】TD713解吸滞后现象对煤层气开发具有重要影响[1-2],但目前研究和现场应用较少,谢勇强(2006)开展了低阶煤煤层气解吸滞后现象实验研究[3],马东民(2008)研究了煤层气解吸特征[4],张遂安(2005)研究了煤对甲烷气体吸附解吸机理的可逆性[5];吴迪(2012)采用Langmuir吸附模型对块状煤岩解吸曲线进行了拟合[6],研究了甲烷解吸特征;马东民(2011)提出适用于了煤岩等温解吸曲线的拟合方法[7],研究了温度对解吸的影响。
煤化作用跃变机制及特点煤化作用是指有机质在高温和高压条件下经历的一系列化学和物理变化过程,最终形成煤炭的过程。
煤化作用的跃变机制可以分为三个阶段:生物质腐烂、初级煤化和高级煤化。
本文将详细解释这三个阶段的特点,并在标题中心扩展下进行描述。
1. 生物质腐烂阶段:生物质腐烂是煤化作用的起始阶段,其特点是在水中或低氧环境下进行。
在这个阶段,有机质主要受到微生物的作用,通过分解和部分氧化产生一系列的有机化合物。
这些有机化合物主要包括腐植酸、腐植素和纤维素等,它们是煤化作用的前体物质。
2. 初级煤化阶段:初级煤化是生物质腐烂阶段的延续和发展,其特点是在较高温度和压力下进行。
在这个阶段,有机质的结构发生了进一步的变化,腐植酸、腐植素和纤维素等有机化合物开始发生热解反应,产生大量的挥发性物质。
这些挥发性物质主要包括水、甲烷和一氧化碳等,它们是煤化作用产物中的重要组成部分。
3. 高级煤化阶段:高级煤化是煤化作用的最后一个阶段,其特点是在更高的温度和压力下进行。
在这个阶段,煤质的结构发生了彻底的改变,有机质中的碳、氢、氧等元素重新排列组合,生成了煤炭的主要成分,如焦煤、炼焦煤和烟煤等。
同时,挥发性物质的含量逐渐减少,煤炭的固体结构也逐渐稳定。
总的来说,煤化作用的跃变机制具有以下特点:1. 温度和压力的作用:煤化作用需要较高的温度和压力条件才能进行,这是煤化作用能够在地壳深部发生的主要原因。
温度和压力的作用可以促进有机质的分解和结构重组,从而形成煤炭。
2. 逐渐转化的过程:煤化作用是一个逐渐转化的过程,有机质经历了多个阶段的变化才最终形成煤炭。
每个阶段都有其特定的化学和物理变化,这些变化相互关联、相互作用,最终导致煤炭结构的形成。
3. 挥发性物质的释放:在煤化作用的初级和部分高级阶段,有机质会产生大量的挥发性物质。
这些挥发性物质在煤炭的形成过程中起到了重要的作用,不仅影响煤炭的成分和性质,还与煤矿气的生成相关。
4. 结构稳定性的提高:随着煤化作用的进行,煤质的结构逐渐稳定,结构中的碳氢键增加,氧含量减少。
煤炭转化化学反应动力学及其机理研究煤炭是一种具有非常重要的能源与化学资源价值的复杂天然矿物质。
随着全球经济的发展,对于煤炭基础科学问题的深入研究和解决变得日益重要。
在这方面,煤炭转化化学反应动力学及其机理研究是重要的课题之一,它可以对煤炭化学转化及其开发利用提供重要的理论基础和技术支持。
一、煤炭转化化学反应动力学煤炭转化化学反应动力学指的是在高温、高压和原料组分存在的特定条件下,煤炭中的各种化学物质(比如干馏气、焦油、灰等)相互作用、转化和分解的速率和规律。
这些转化反应的动力学与机理是煤炭的化学过程研究的重要内容,因为煤炭的各种化学物质的转化特征与反应速率会影响到煤的质量、特性、利用途径和环保性等多方面。
1.1 动力学理论动力学方程是描述煤炭反应速率的重要方程式,它是动力学理论的基础。
在研究中,常采用的动力学方程有常数规律、煤的报废模型和化学反应速率常数等等。
然而实际应用时,由于采样的粒度、热量传递、气体流动等原因,动力学方程很难达到理论上的标准,所以应该根据实际情况进行调整和改进。
1.2 反应动力学煤炭的化学转化涉及到多种化学反应的组合,如裂解、重组、氧化、还原、加合等等,它们在反应体系中的比例和速率难以直接测量。
因此,通过动力学研究反应体系中不同物质质量随时间的变化,可以提取出反应过程中的动力学信息,如反应速率常数、反应级数、反应活化能等,以揭示煤炭化学转化的本质。
1.3 反应条件煤炭的化学转化需要特定的反应条件,如反应温度、压力、反应物配比等等,这些条件对于反应速率及其机理的研究具有重要意义。
二、煤炭转化化学反应机理煤炭的化学转化反应机理是指在转化过程中,不同组份之间相互作用和分解的规律及其机制。
煤及煤中的各组分具有多种结构,不同结构对于化学转化反应过程特性和规律的影响是不同的。
因此,煤的化学转化反应机理是复杂而多变的,深入认识反应机理,对于研发高效、高质化的项目和工程具有重要意义。
2.1 怎样研究反应机理研究反应机理通常采用实验方法,如在线分析技术、离线分析技术、红外光谱技术等等。