【摘 要】
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煤的自燃是我国煤炭生产所面临的主要灾害之一,它不仅严重污染环境,还给矿井的的安全生产带来极大威胁。鉴于深部松软煤岩结构本身的特殊复杂性,其微观结构表征与自燃特性之间的关系也十分紧密,且针对不同矿区的煤层条件及煤质特征不能一概而论,因此煤炭自燃的机理和反应历程仍需进一步研究和探索,才能解决煤自燃的发生以满足矿井生产安全的需要。为了研究深部松软煤岩微观结构表征及其自燃特性参数规律,本文以羊东矿2号煤层
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煤的自燃是我国煤炭生产所面临的主要灾害之一,它不仅严重污染环境,还给矿井的的安全生产带来极大威胁。鉴于深部松软煤岩结构本身的特殊复杂性,其微观结构表征与自燃特性之间的关系也十分紧密,且针对不同矿区的煤层条件及煤质特征不能一概而论,因此煤炭自燃的机理和反应历程仍需进一步研究和探索,才能解决煤自燃的发生以满足矿井生产安全的需要。为了研究深部松软煤岩微观结构表征及其自燃特性参数规律,本文以羊东矿2号煤层为研究对象,通过理论和实验结合的方式,从微观和宏观两个角度对所取实验煤样进行了研究,分析煤的微观孔-裂隙结构分布以及不同条件下的煤自燃宏观特性参数变化规律,为煤自然发火内在机理探索及矿井火灾的防治与控制技术进一步提供理论支持,对煤矿的安全又高效的生产有十分重要的意义。主要研究成果如下:（1）运用SEM及低温液氮吸附实验定性-定量分析研究区煤样的微观形貌特征及孔隙形态、大小分布规律。羊东矿2号煤发育有三大类不同成因类型的孔;煤体中发育有内生裂隙和外生裂隙,整体发育较为致密平整;煤样孔隙主要由开放型孔、一端封闭的不透气性孔构成;基于吸附理论相关理论模型获得煤的孔隙结构特征参数,并得到对煤孔比表面和孔容的影响最大的分别是微孔和过渡孔这一规律。（2）采用TG-DSC同步热分析的实验方法,研究煤自然发火进程中特征温度、曲线变化规律及热动力学参数。根据TG-DTG-DDSC实验曲线,确定了六个特征温度点,并将煤自燃过程初步划分为五个阶段;分析了升温速率对特征温度和热重特性曲线的影响。（3）基于Coats-Redfern模型得到煤样的表观活化能随着升温速率的增加而降低,且活化能的大小处于47.1～63.6k J/mol之间;通过F-W-O和V-W两种等转化率法计算的活化能E相对接近,大小在42.9～51.5k J/mol之间,且主反应区（α为0.2～0.8）活化能随转化率的上升皆呈下降趋势。（4）利用程序升温实验台模拟煤的低温氧化过程,研究了煤低温氧化气相产物的生成规律,分析了供风量对煤的各种宏观自燃特性参数变化规律的影响;不同供风量下煤自燃特性参数的增长趋势保持一致,幅度略有不同,供风量为120m L/min时,煤氧复合作用最为剧烈,更有利于煤的升温氧化,放热性强,煤具有更高的自燃危险性。
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