神东矿区开采煤层自燃及预防基础研究

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本论文应用量子化学理论和热重、红外光谱实验等理论与实验相结合的研究方法,建立了煤分子结构模型;研究了煤氧化自燃条件下产生的指标性气体,给出了生成指标性气体的浓度与温度的关系;应用量子化学分子轨道理论研究了煤与氧发生化学反应的活性点;在实验研究的基础上建立了煤的自燃机理理论,并在煤氧化自燃机理研究的基础上提出了用煤的着火活化能判定煤的自燃难易程度;应用神经网络理论,开发了适用的煤炭自然发火期预测系统;划分了神东矿区采煤工作面采空区的自燃危险区域;在理论和实验研究的基础上,提出了防止煤炭自燃的综合防治技术。主要研究内容和研究成果如下:应用红外光谱技术实验研究了神东矿区的13种煤样的煤分子的化学结构,分析了煤分子结构的红外光谱图,建立了煤的分子结构模型。分析煤样氧化自燃生成产物的红外3D光谱图谱,应用量子化学密度泛函(DFT)理论计算方法对构建的煤分子化学基本结构单元进行了优化,得到了分子构型参数和振动频率。将理论计算的频率与红外光谱实验得到的频率进行比较,其结果具有一致性,这说明了所建立的煤分子结构是正确的。应用煤氧化自燃过程中在不同温度条件下红外光谱图官能团的峰面值的变化数据,确定了煤有机大分子侧链基团发生氧化反应的先后顺序,应用实验方法从微观上研究了煤的氧化自燃全过程,建立了煤炭自燃机理理论。使用热重分析仪实验研究了煤氧化自燃过程。定义了煤氧化自燃过程的三个阶段和着火活化能,建立了煤炭自燃倾向性分类的新方法。
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