棋盘井矿区浸水复干煤矸石自燃特性实验研究.pdfVIP

摘要

煤矸石在堆积处理过程中，经过浸水复干后的局部区域产生较其他区域更为明

显的异常增温、冒烟、起火等典型自燃现象。为了研究浸水复干对煤矸石产生的一

系列物理、化学变化，深入分析浸水复干对煤矸石氧化自燃现象的影响。本文通过

选取棋盘井矿区未浸水的高热值、高挥发分的易燃煤矸石，按照浸水率、浸水时长

不同进行预处理，对煤矸石的物理、化学变化及氧化特性规律展开实验研究。

选取棋盘井矿区未浸水的原始煤矸石样品进行预处理，设定浸水率不同、浸水

时长不同两个参量。分别对煤矸石样品进行粉碎、研磨、筛分、浸水、抽滤和自然

风干处理，得到不同浸水率预处理的实验组和不同浸水时长预处理后的实验组。

通过工业分析得到煤矸石在不同浸水条件下，煤矸石工业成分、内部物质含量

的变化。在浸水率为30%时，燃料比最低，煤矸石作为燃料的燃烧性能最佳；煤矸

石在水分的作用下，燃烧性能均有所增强；并随浸水时长的增加，煤矸石燃烧性能

逐渐增强。

通过扫描电镜、比表面积分析仪，分析煤矸石样品在不同预处理条件下的表面

和孔隙发育情况变化。煤矸石在浸水率15~30%时，浸水复干作用对煤矸石的物理

变化作用最为明显；煤矸石的表面和孔隙发育程度与浸水时长呈现正相关关系，随

着浸泡时间的增加，表面逐渐粗糙化、比表面积和孔容逐渐增大。

通过X射线衍射实验、红外光谱实验研究发现，煤矸石在浸水后其成分变化、

官能团及整体化学结构均发生明显变化。棋盘井矿区煤矸石的无机矿物组分主要为：

高岭石、勃姆石、地开石和石英石。随着浸水率的增加，高岭石、勃姆石、地开石

的含量明显减少；浸泡时间的增加不改变煤矸石的无机矿物组分；当浸水率为30%

时，煤矸石中的氢键、醇类、酚类、结晶矿物的结晶水含量以及C=O数目明显增加；

~-

当浸水时长在6090d时，煤矸石中游离OH含量以及煤矸石中的氢键、醇类、酚

类、结晶矿物的结晶水含量最大。

通过程序升温实验研究了浸水复干作用后煤矸石的低温氧化特性。在浸水复干

的作用下，程序升温实验中的各类指标气体初始生成温度普遍下降15℃，耗氧量明

显增大；当浸水率为15%时，浸水复干后煤矸石的氧化特性最强，指标气体初生温

度最低，并当升温至设定最高温度390℃时，氧气的消耗量最大、各类指标气体浓

度最大；随着浸水时间的增加，各类指标气体浓度逐渐增加，耗氧量逐渐增大。

通过上述实验研究表明，煤矸石在浸水复干作用后，孔隙及比表面积明显增大，

易发生氧化反应的自由基明显增多，程序升温过程中生成的指标气体浓度明显增加，

氧化自燃特性得到增强。煤矸石的氧化特性随浸水率的增加，先加强后减弱，当浸

水率为15~30%时，煤矸石的氧化特性最强；随浸水时长的增加，煤矸石的氧化特

性逐渐增强，无机矿物成分不随浸泡时间的增加而变化。本文的研究可为矸石山分

区防灭火、矸石利用等多领域的发展和应用提供技术支撑。

关键词：煤矸石；浸水复干；氧化升温；孔隙结构；自燃指标

Abstract

Thetypicalspontaneouscombustionphenomenasuchasabnormaltemperature

increase,smokeandfirearemoreobviousinthelocalareaaftersoakingandredryingduring

stackingtreatmentofcoalgangue.Inordertostudyaseriesofphysicalandchemicalchanges

ofcoalgangueproducedbysoakingandredrying,theinfluenceofsoakingandredryingon

oxidationspontaneouscombustionofcoalganguewasdeeplyanalyzed.Inthisthesis,we

experimentallystudythephysicalandchemicalchang