一种煤氧化特征温度判定方法技术

本发明专利技术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

【技术实现步骤摘要】
一种煤氧化特征温度判定方法


[0001]本专利技术涉及矿井煤自燃灾害防治
，具体涉及一种煤氧化特征温度判定方法。

技术介绍

[0002]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。
[0003]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。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是为了克服
技术介绍
中的不足，而提出了一种煤氧化特征温度判定方法。
[0005]为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：
[0006]一种煤氧化特征温度判定方法，其特征在于，包括以下步骤：
[0007]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；
[0008]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；
[0009]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
)；
[0010]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)。
[0011]所述的临界温度(T1)，表征该温度点煤体氧化失重过程加速度达到极大值，则质量变化加速度函数曲线上对应的第一个极大值点F
(DDTG)max
点处对应的温度值即为临界温度(T1)。
[0012]所述的干裂温度(T2)，表征该温度点煤氧化反应达到动态平衡，煤样质量达到极小值或失重速率为零，则TG曲线上对应的极小值点F
(TG)min
或质量变化速率曲线上的第一个F
(DTG)
＝0的点处对应的温度值即为干裂温度(T2)。
[0013]所述的最大增速温度(T3)，表征该温度点处煤的氧化反应失重速度达到极大值点或热重曲线出现第一个拐点，则F
(DTG)max
或第一个质量变化加速度函数F
(DDTG)
＝0点处对应的温度值即为最大增速温度(T3)。
[0014]所述的最大质量温度(T4)，表征该温度点处煤自吸氧与氧化反应耗氧达到动态平衡，煤样TG曲线上对应的第一个极大值点或质量变化速率为零，则F
(TG)max
或质量变化速率曲线上的第二个F
(DTG)
＝0点处对应的温度值即为最大质量温度(T4)。
[0015]所述的着火温度(T5)，表征该温度点处煤样失重加速度达到第一个极小值，则质量变化加速度函数曲线上的F
(DDTG)min
点处对应的温度值即为着火温度(T5)。
[0016]所述的最大失重温度(T6)，表征该温度点处煤剧烈燃烧，煤样失重速率达到整个氧化阶段的极小值，是失重质量曲线第二个拐点，则F
(DTG)min
或第二个质量变化加速度函数曲线上F
(DDTG)
＝0点处对应的温度值即为最大失重温度(T6)。
[0017]所述的燃尽温度(T7)，表征该温度点处煤的氧化基本结束，则质量变化加速度函数曲线上第二个F
(DDTG)max
点处对应的温度值即为燃尽温度(T7)。
[0018]本专利技术具有以下有益效果：本专利技术提供的计算方法，解决了煤氧化过程中特征温度点人工判定不准的问题，可有效实现特征值的精准定位。同时，根据其判定方法，可以准确揭示煤氧化过程中，分子结构内部参与反应的微观活性官能团数量及其增长率的物理意义。质量变化速率函数F
(DTG)
是煤在某温度下正在参与氧化反应的某一种或几种官能团对煤的失重速度的控制，是正在参与反应的官能团数量的内在度量。反应加速度F
(DDTG)
表示煤在某温度下参与氧化反应的某一种或几种官能团对煤的失重加速度的控制，是新参与反应的官能团种类和数量的内在度量。借助成熟的TG分析实验，可实现特征温度点的判定，计算过程简单。借助现有软件，分析工作量小，无需专门的检测仪器及专职检测人员，结果可靠性好。
附图说明
[0019]图1为本专利技术中TG实验采用传统方法和两次微分方法的特征温度判定分布示意图；
[0020]图2为本专利技术中不同升温速率长焰煤TG实验采用两次微分的特征温度判定分本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一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；步骤二：采用Origin、Matlab等数学分析软件，分别对煤样热重曲线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)。2.根据权利要求1所述的一种煤氧化特征温度判定方法，其特征在于，在步骤四中，所述的临界温度(T1)，表征该温度点煤体氧化失重过程加速度达到极大值，则质量变化加速度函数曲线上对应的第一个极大值点F
(DDTG)max
点处对应的温度值即为临界温度(T1)。3.根据权利要求1所述的一种煤氧化特征温度判定方法，其特征在于，在步骤四中，所述的干裂温度(T2)，表征该温度点煤氧化反应达到动态平衡，煤样质量达到极小值或失重速率为零，则TG曲线上对应的极小值点F
...

【专利技术属性】
技术研发人员：李珍宝，李广印，刘金良，王凤双，梁瑞，王绍瑞，刘鹤，李超，
申请(专利权)人：兰州理工大学，
类型：发明
国别省市：