神東礦區(qū)開采煤層自燃及預防基礎研究.pdf

1、本論文應用量子化學理論和熱重、紅外光譜實驗等理論與實驗相結(jié)合的研究方法，建立了煤分子結(jié)構模型；研究了煤氧化自燃條件下產(chǎn)生的指標性氣體，給出了生成指標性氣體的濃度與溫度的關系；應用量子化學分子軌道理論研究了煤與氧發(fā)生化學反應的活性點；在實驗研究的基礎上建立了煤的自燃機理理論，并在煤氧化自燃機理研究的基礎上提出了用煤的著火活化能判定煤的自燃難易程度；應用神經(jīng)網(wǎng)絡理論，開發(fā)了適用的煤炭自然發(fā)火期預測系統(tǒng)；劃分了神東礦區(qū)采煤工作面采空區(qū)的自燃危

2、險區(qū)域；在理論和實驗研究的基礎上，提出了防止煤炭自燃的綜合防治技術。主要研究內(nèi)容和研究成果如下： 應用紅外光譜技術實驗研究了神東礦區(qū)的l3種煤樣的煤分子的化學結(jié)構，分析了煤分子結(jié)構的紅外光譜圖，建立了煤的分子結(jié)構模型。分析煤樣氧化自燃生成產(chǎn)物的紅外3D光譜圖譜，應用量子化學密度泛函(DFT)理論計算方法對構建的煤分子化學基本結(jié)構單元進行了優(yōu)化，得到了分子構型參數(shù)和振動頻率。將理論計算的頻率與紅外光譜實驗得到的頻率進行比較，其結(jié)果

3、具有一致性，這說明了所建立的煤分子結(jié)構是正確的。 應用煤氧化自燃過程中在不同溫度條件下紅外光譜圖官能團的峰面值的變化數(shù)據(jù)，確定了煤有機大分子側(cè)鏈基團發(fā)生氧化反應的先后順序，應用實驗方法從微觀上研究了煤的氧化自燃全過程，建立了煤炭自燃機理理論。 使用熱重分析儀實驗研究了煤氧化自燃過程。定義了煤氧化自燃過程的三個階段和著火活化能，建立了煤炭自燃傾向性分類的新方法。 應用傅利葉變換紅外光譜儀實驗研究了煤氧化自燃過程中在

4、不同溫度條件下產(chǎn)生的不同的指標氣體，得到了溫度與濃度的關系數(shù)值表達式，建立定量關系，由此才能夠定量求解了煤氧化自燃過程中不同溫度條件下產(chǎn)生指標氣體的濃度數(shù)值。 應用神經(jīng)網(wǎng)絡理論，開發(fā)了煤炭自然發(fā)火期預測仿真系統(tǒng)，建立了預測采掘工作面自燃發(fā)火期大樣本訓練空間系統(tǒng)，實現(xiàn)了應用神經(jīng)網(wǎng)絡理論準確預測采掘工作面自然發(fā)火期，并運用該軟件系統(tǒng)準確預測了對神東礦區(qū)各采掘工作面的自然發(fā)火期，預測結(jié)果與實際相符。 以神東礦區(qū)采煤工作面采空區(qū)

5、CO濃度的分布數(shù)據(jù)為依據(jù)，提出了應用采煤工作采空區(qū)CO濃度分布數(shù)據(jù)作為劃分神東礦區(qū)采空區(qū)“三帶”的標準。并用該方法對神東礦區(qū)部分工作面的采空區(qū)進行了“三帶”劃分，結(jié)果與實際相符。 應用著火活化能理論定量研究了神東礦區(qū)不同煤種的煤在氧化自燃過程中加入阻化劑后的阻化效果，確定了神東礦區(qū)各工作面應該選用的阻化劑，以及應加入阻化劑的配比。在應用神東礦區(qū)原有的火災防治技術基礎上，提出了在采煤工作面從進、回風巷起沿采煤工作面方向30m范圍內(nèi)