煤自燃過程中生成CO的氧化中間官能團探討
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- 煤自燃過程中生成CO的氧化中間官能團探討摘要：CO氣體作為伴隨煤自燃氧化整個過程的標志氣體，對煤自燃發火的預報具有非常重要的作用，但低變質煤種正常條件就可大量生成CO氣體，干擾了低變質煤層開采區域礦井煤自燃的預報工作。本文通過采集內蒙古平莊古山礦、神東礦區補連塔煤礦，陜西神木礦區大柳塔煤礦，寧夏靈武礦區棗泉礦，新疆大南湖礦區大南湖一礦五個典型礦井的煤樣，經隔氧破碎處理后，利用隔氧程序升溫和傅里葉光干涉實驗，研究了五個礦區煤樣隔氧升溫過程中的CO產生規律，分析了有無隔氧升溫過程煤樣煤分子上的活性官能團種類，認為煤分子上的羰基（C=O）、羧基（-COOH）、醚（-O-CH3）等含碳氧基團是常溫下低變質煤種CO氣體的產生與有直接關系，即這些含碳-氧基團為低變質煤種常溫下生成CO的氧化中間官能團。
關鍵詞：低變質；煤自燃；CO生成；氧化；官能團
Discussion on Oxidative Intermediate Functional Groups for CO Formation during Spontaneous Combustion of Low-Deterioration Coal
SUN Weili1，2, SHI Jilin1，2, ZHANG Haiyang1，2, ZHAO Yaming1，2, WANG Kun1，2, CHEN Qingfeng1，2
(1.China Coal Technology and Engineering Group Shenyang Research Institute， Fushun 113122， China;2.State Key Laboratory of Coal Mine Safety Technology， Fushun 113122， China)
Abstract:As an indicator gas accompanying the entire process of coal spontaneous combustion and oxidation， CO gas has a very important role in the prediction of coal spontaneous combustion， but a large amount of CO gas can be generated under normal conditions of low metamorphic coal types， which interferes with the prediction of spontaneous combustion of coal in the mining area of low metamorphic coal seams. In this paper， coal samples from five typical mines were collected include Pingzhuang Gushan Coal Mine in Inner Mongolia， Bulianta Coal mine in Shendong Mining Area， Daliuta Coal Mine in Shanxi Shenmu Mining Area， Zaoquan Coal mine in Ningxia Lingwu Mining Area， and Dananhu No. 1 Coal mine in Xinjiang Dananhu Mining Area. After the oxygen-blocking and crushing treatment， the oxygen-blocking program heating and Fourier light interference experiments were used to study the CO production law during the oxygen-blocking and heating-up of coal samples from five mining areas. The types of reactive functional groups， such as carbonyl groups (C = O)， carboxyl groups (-COOH)， ethers (-O-CH3)， on the coal molecules are considered to be low-deterioration coal types at normal temperature. The relationship is that these carbon-oxygen-containing groups are oxidized intermediate functional groups that generate CO at room temperature.
Keywords:Low deterioration;Spontaneous combustion of coal;CO generation；Oxidation;Functional group
CO氣體作為伴隨煤自燃氧化整個過程的標志氣體，對煤自燃發火的預報具有非常重要的作用[1-5]。但低變質煤種在開采初期往往在開采后不久，就出現回風隅角等個別區段CO濃度超過0.0024%的超限現象[6-11]，但工作面、采空區內溫度均正常，并未發生煤炭自燃，這嚴重影響了低變質煤種的煤自燃預報工作。低變質煤資源蘊藏量占我國煤炭資源儲量的40%以上[7]，主要分布在我國的華北和西北地區，儲量大部分集中在內蒙、陜西、新疆、甘肅、山西、寧夏六個�。▍^），保有儲量占全國低變質煤的97.5%[8]。由此可見低變質煤種無自燃征兆條件下的CO大量生成必將嚴重威脅上述區域煤礦的正常開采。
為確定CO氣體的來源，學者們開展了多年研究，部分學者通過研究，認為低變質煤種的CO主要來源于煤體的低溫氧化反應[9-14]，部分學者則認為低變質煤種低溫下CO來源于煤層內本身賦存，開采后釋放[9，15]。本文主要通過研究低變質煤種隔氧升溫過程中的CO生成規律，并通過紅外光譜分析隔氧升溫前后煤分子上的活性官能團種類，從而分析煤自燃過程中煤分子上生成CO的的氧化中間官能團。
1 煤樣采集與處理
按 GB482-1995《煤層煤樣采集方法》，分別采集了內蒙古平莊古山礦、神東礦區補連塔煤礦，陜西神木礦區大柳塔煤礦，寧夏靈武礦區棗泉礦，新疆大南湖礦區大南湖一礦等不同地區不同煤層的五個典型煤樣，每個煤樣采集量為2kg。煤樣采集完成后，立即用多層聚乙烯袋包嚴，外套尼龍編織袋，經汽運送至實驗室。...
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