神東礦區(qū)開采煤層自燃及預(yù)防基礎(chǔ)研究.pdf

1、本論文應(yīng)用量子化學(xué)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(gòu)模型；研究了煤氧化自燃條件下產(chǎn)生的指標(biāo)性氣體，給出了生成指標(biāo)性氣體的濃度與溫度的關(guān)系；應(yīng)用量子化學(xué)分子軌道理論研究了煤與氧發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的活性點；在實驗研究的基礎(chǔ)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(chǔ)上提出了用煤的著火活化能判定煤的自燃難易程度；應(yīng)用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)理論，開發(fā)了適用的煤炭自然發(fā)火期預(yù)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(chǔ)上，提出了防止煤炭自燃的綜合防治技術(shù)。主要研究內(nèi)容和研究成果如下： 應(yīng)用紅外光譜技術(shù)實驗研究了神東礦區(qū)的l3種煤樣的煤分子的化學(xué)結(jié)構(gòu)，分析了煤分子結(jié)構(gòu)的紅外光譜圖，建立了煤的分子結(jié)構(gòu)模型。分析煤樣氧化自燃生成產(chǎn)物的紅外3D光譜圖譜，應(yīng)用量子化學(xué)密度泛函(DFT)理論計算方法對構(gòu)建的煤分子化學(xué)基本結(jié)構(gòu)單元進(jìn)行了優(yōu)化，得到了分子構(gòu)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(jìn)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(gòu)是正確的。 應(yīng)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(tuán)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(tuán)發(fā)生氧化反應(yīng)的先后順序，應(yīng)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(yīng)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(biāo)氣體，得到了溫度與濃度的關(guān)系數(shù)值表達(dá)式，建立定量關(guān)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(biāo)氣體的濃度數(shù)值。 應(yīng)用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)理論，開發(fā)了煤炭自然發(fā)火期預(yù)測仿真系統(tǒng)，建立了預(yù)測采掘工作面自燃發(fā)火期大樣本訓(xùn)練空間系統(tǒng)，實現(xiàn)了應(yīng)用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)理論準(zhǔn)確預(yù)測采掘工作面自然發(fā)火期，并運用該軟件系統(tǒng)準(zhǔn)確預(yù)測了對神東礦區(qū)各采掘工作面的自然發(fā)火期，預(yù)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(yīng)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(biāo)準(zhǔn)。并用該方法對神東礦區(qū)部分工作面的采空區(qū)進(jìn)行了“三帶”劃分，結(jié)果與實際相符。 應(yīng)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(yīng)該選用的阻化劑，以及應(yīng)加入阻化劑的配比。在應(yīng)用神東礦區(qū)原有的火災(zāi)防治技術(shù)基礎(chǔ)上，提出了在采煤工作面從進(jìn)、回風(fēng)巷起沿采煤工作面方向30m范圍內(nèi)