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基本信息
- 項(xiàng)目名稱：
- 基于氧化動(dòng)力學(xué)的煤自燃傾向性測(cè)定方法與裝置
- 小類：
- 能源化工
- 大類：
- 科技發(fā)明制作A類
- 簡(jiǎn)介：
- 煤自燃傾向性表示煤自然發(fā)火的難易程度，是礦井防滅火工作的重要基礎(chǔ)。國(guó)內(nèi)外現(xiàn)有的煤自燃傾向性鑒定方法多采用局部、靜態(tài)和單一的測(cè)試手段，所得到的指標(biāo)參數(shù)也只能反映煤自燃的局部階段特性，而煤自燃是一個(gè)復(fù)雜的非線性動(dòng)態(tài)發(fā)展過程，因而現(xiàn)有方法無法實(shí)現(xiàn)煤自燃傾向性的準(zhǔn)確鑒定。針對(duì)這一現(xiàn)狀，本作品首次提出了以煤自燃全過程為研究對(duì)象，以熱自燃理論和自由基鏈?zhǔn)椒磻?yīng)理論為基礎(chǔ)，以多參數(shù)綜合測(cè)試方法為手段的煤自燃氧化動(dòng)力學(xué)研究新思路。針對(duì)不同階段的反應(yīng)機(jī)制，研究選取了程序升溫條件下煤溫達(dá)70℃時(shí)煤樣罐出口氧氣濃度和交叉點(diǎn)溫度作為煤低溫氧化階段和快速氧化階段的特征參數(shù)，提出了能反映煤自燃全過程的氧化動(dòng)力學(xué)綜合判定指數(shù)I，并給出了計(jì)算公式。采用自行構(gòu)建的測(cè)試系統(tǒng)對(duì)國(guó)內(nèi)24個(gè)主要礦區(qū)200多個(gè)煤樣測(cè)試分析的基礎(chǔ)上，提出了I作為劃分依據(jù)的煤自燃傾向性分類標(biāo)準(zhǔn)。該法已被批準(zhǔn)為國(guó)家安全生產(chǎn)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)（編號(hào)：AQ/T 1068-2008），并于2009年1月1日起開始在全國(guó)正式實(shí)施。
- 詳細(xì)介紹：
- 煤炭是我國(guó)的主要能源，但我國(guó)煤炭開采面臨十分嚴(yán)重的自然災(zāi)害，煤自然發(fā)火是其中的主要自然災(zāi)害之一。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)開采的煤層有自燃傾向性的占開采煤層總數(shù)的79.93%，國(guó)有重點(diǎn)煤礦開采厚煤層的礦井基本上都存在自然發(fā)火問題。煤自燃會(huì)產(chǎn)生大量有毒有害氣體，嚴(yán)重危及井下人員的生命安全；煤自燃還常誘發(fā)瓦斯、煤塵爆炸，造成重特大惡性事故，給礦井帶來巨大的災(zāi)難。在我國(guó)新疆、寧夏、內(nèi)蒙還存在大面積的煤田火災(zāi)，每年燒損的煤量達(dá)1300萬噸，經(jīng)濟(jì)損失超過200億，并造成對(duì)地下水的污染和地表植被、大氣環(huán)境的嚴(yán)重破壞。此外，在煤炭運(yùn)輸和儲(chǔ)存過程中，煤自燃災(zāi)害也十分嚴(yán)重。 煤的自燃傾向性表示煤自然發(fā)火的難易程度，是礦井防滅火工作的重要基礎(chǔ)。國(guó)內(nèi)外現(xiàn)有的煤自燃傾向性測(cè)試方法主要有絕熱氧化法、高溫活化能法、交叉點(diǎn)溫度法等。這些方法主要通過采用實(shí)驗(yàn)爐對(duì)煤自燃過程進(jìn)行模擬，測(cè)試其中的某一特征參數(shù)來對(duì)煤自燃傾向性做出判定。但由于相應(yīng)指標(biāo)參數(shù)僅能反映煤自燃過程的局部階段，如煤在30℃時(shí)的吸氧量、絕熱升溫速率等參數(shù)只反映了煤低溫階段的特性；交叉點(diǎn)溫度、高溫活化能等參數(shù)又只反映了煤在較高溫度階段的特性。而煤自燃過程是一個(gè)復(fù)雜的非線性動(dòng)態(tài)發(fā)展過程，僅靠單一的或局部階段的特征參數(shù)無法反映煤自燃全過程的整體特性，也無法實(shí)現(xiàn)煤自燃傾向性的科學(xué)判斷。研究提出一種科學(xué)的煤自燃傾向性測(cè)定方法，對(duì)于煤自燃災(zāi)害的防治具有十分重要的理論和現(xiàn)實(shí)意義。 針對(duì)煤自燃是一個(gè)復(fù)雜的動(dòng)態(tài)非線性反應(yīng)過程和明顯的分段特征，為準(zhǔn)確全面反映煤的自燃特性，本作品提出了以熱自燃理論和自由基鏈?zhǔn)椒磻?yīng)理論為基礎(chǔ)、以煤自燃動(dòng)態(tài)發(fā)展全過程為研究對(duì)象、以多參數(shù)綜合測(cè)試方法為手段的煤自燃傾向性的氧化動(dòng)力學(xué)研究方法。通過大量的實(shí)驗(yàn)，提出了基于氧化動(dòng)力學(xué)的煤自燃傾向性測(cè)定方法。該方法分別選取程序升溫條件下煤溫達(dá)70℃時(shí)煤樣罐出口氧氣濃度和交叉點(diǎn)溫度作為煤低溫氧化階段和快速氧化階段的特征參數(shù)?？紤]到煤低溫氧化階段對(duì)于煤自燃過程的發(fā)展更為重要，根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果與經(jīng)驗(yàn)，低溫氧化階段的權(quán)數(shù)取0.6，快速氧化階段的權(quán)數(shù)取0.4，在此基礎(chǔ)上采用加法合成法提出了能反映煤自燃全過程的氧化動(dòng)力學(xué)綜合判定指數(shù)I，并給出了計(jì)算公式。依據(jù)《煤礦安全規(guī)程》第228條的規(guī)定和對(duì)24個(gè)國(guó)內(nèi)主要礦區(qū)二百多個(gè)煤樣的測(cè)試結(jié)果，提出了以煤自燃傾向性判定指數(shù)值I的大小為標(biāo)準(zhǔn)的分類指標(biāo)，即：I＜600時(shí)自燃傾向性為容易自燃；600≤I≤1200時(shí)為自燃；I＞1200時(shí)為不易自燃。利用該方法對(duì)不同礦區(qū)煤自燃傾向性的鑒定結(jié)果與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際發(fā)火情況吻合。該法已于2008年11月被批準(zhǔn)為國(guó)家安全生產(chǎn)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)（標(biāo)準(zhǔn)編號(hào)：AQ/T 1068-2008），并于2009年1月1日起開始在全國(guó)正式推廣實(shí)施。對(duì)于該方法的具體測(cè)試條件見附件的作品論文文檔，在此不再詳細(xì)闡述。 依據(jù)提出的煤自燃傾向性測(cè)試方法，本作品還研制了相應(yīng)的煤自燃傾向性氧化動(dòng)力學(xué)測(cè)定裝置，其由干空氣瓶、氣體預(yù)熱銅管、煤樣罐、控溫箱、氣體自動(dòng)采集系統(tǒng)、氣體分析系統(tǒng)和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)等部分組成。上述各組成單元均有嚴(yán)格的技術(shù)要求，具體參數(shù)可參見上傳的作品文檔，此處不再詳細(xì)闡述。該系統(tǒng)能夠在線采集控溫箱和測(cè)試煤樣的溫度，并實(shí)現(xiàn)了在測(cè)試樣達(dá)到指定溫度（70℃）時(shí)對(duì)煤樣罐出氣口氣體進(jìn)行自動(dòng)定量采集、分析的功能，整個(gè)設(shè)備自動(dòng)化程度高，操作簡(jiǎn)單。
作品圖片
作品專業(yè)信息
設(shè)計(jì)、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點(diǎn)、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)
- 設(shè)計(jì)發(fā)明目的：針對(duì)現(xiàn)有煤自燃傾向性測(cè)定方法的不足，提出基于氧化動(dòng)力學(xué)的煤自燃傾向性測(cè)定方法并研制相應(yīng)裝置，可體現(xiàn)煤自燃動(dòng)態(tài)非線性過程的整體特性，實(shí)現(xiàn)煤自燃傾向性的科學(xué)分類?；舅悸罚阂詿嶙匀祭碚摵妥杂苫?zhǔn)嚼碚摓榛A(chǔ)，以煤從低溫氧化到自燃的動(dòng)態(tài)發(fā)展全過程為研究對(duì)象，以多參數(shù)綜合測(cè)試為手段。選取煤自燃不同階段的特征參數(shù)，以合成的綜合判定指數(shù)對(duì)煤自燃傾向性進(jìn)行分類。創(chuàng)新點(diǎn)：①提出了煤自燃傾向性的氧化動(dòng)力學(xué)研究方法；②選取了煤自燃不同階段的特征參數(shù)并進(jìn)行合成，定義了綜合判定指數(shù)I，以I為指標(biāo)對(duì)煤自燃傾向性進(jìn)行了分類；③研發(fā)了集過程模擬、氣體分析、溫度采集和數(shù)據(jù)處理于一體的多元化、自動(dòng)化、智能化裝置。技術(shù)關(guān)鍵：不同階段氧化動(dòng)力學(xué)特征參數(shù)的快速、自動(dòng)、一體化、實(shí)時(shí)精確測(cè)試。主要技術(shù)指標(biāo)：1.測(cè)試程序升溫條件下煤溫70℃時(shí)煤樣罐出口氧氣濃度 和交叉點(diǎn)溫度，計(jì)算出綜合判定指數(shù)I。I＜600時(shí)自燃傾向性為容易自燃；600≤I≤1200時(shí)為自燃；I＞1200時(shí)為不易自燃。2.裝置的主要指標(biāo)：①具有恒溫、程序升溫、溫度跟蹤控制三種控溫功能；②可對(duì)最低自熱溫度、交叉點(diǎn)溫度等熱特征參數(shù)及耗氧量、氣態(tài)產(chǎn)物的成份和濃度同時(shí)在線測(cè)試；③溫度測(cè)試精度為0.1℃，常量氣體≤0.01％，微量氣體≤0.1×10-6；④可在任意設(shè)定溫度或時(shí)刻對(duì)氣路進(jìn)行自動(dòng)采樣、分析、計(jì)算指標(biāo)參數(shù)并分類；⑤煤樣平均測(cè)試時(shí)間≤1.5h；⑥測(cè)試結(jié)果誤差≤0.5%（溫度200℃以內(nèi)，常量氣體25%以內(nèi)，微量氣體2000×10-6以內(nèi)）。
科學(xué)性、先進(jìn)性
- 我國(guó)目前以30℃時(shí)1克干煤的吸氧量為主指標(biāo)鑒定煤自燃傾向性，但吸氧法只能反映煤的物理吸附特性，不能體現(xiàn)內(nèi)在化學(xué)反應(yīng)特性。煤自燃是由低溫緩慢氧化階段和加速氧化階段組成的非線性動(dòng)態(tài)發(fā)展過程，由于反應(yīng)機(jī)制不同，煤在不同階段的自燃特性存在差異。在低溫階段主要是熱量積累導(dǎo)致溫度升高，在加速氧化階段熱與自由基共同作用。煤的氧化能力是煤自燃兩個(gè)階段氧化特性的綜合體現(xiàn)，自燃傾向性的鑒定必須全面反映煤自燃的階段特性。 首次提出了以煤從低溫氧化到自燃的動(dòng)態(tài)發(fā)展全過程為研究對(duì)象，以熱自燃理論和自由基鏈?zhǔn)嚼碚摓榛A(chǔ)，以多參數(shù)綜合測(cè)試為手段的煤自燃傾向性氧化動(dòng)力學(xué)測(cè)試方法。選取能體現(xiàn)煤自燃階段特性的參數(shù)即煤溫70℃時(shí)煤樣罐出口氧氣濃度和程序升溫條件下的交叉點(diǎn)溫度，以合成的綜合判定指數(shù)I來判定煤自燃傾向性。該法能反映煤在不同階段的氧化特性；測(cè)試系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了溫度、氧氣濃度等多參數(shù)一體化、自動(dòng)化采集、分析，智能化程度高。大量實(shí)測(cè)應(yīng)用結(jié)果表明，該法測(cè)試重復(fù)性好、操作簡(jiǎn)便，是煤自燃傾向性鑒定的一種科學(xué)、快捷和有效的方法。
獲獎(jiǎng)情況及鑒定結(jié)果
- 本作品得到了國(guó)家安全生產(chǎn)監(jiān)督管理總局安全生產(chǎn)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)修訂計(jì)劃項(xiàng)目的支持。所提出的煤自燃傾向性氧化動(dòng)力學(xué)測(cè)定法已通過國(guó)家安全標(biāo)準(zhǔn)委員會(huì)的審核，于2008年11月被批準(zhǔn)為國(guó)家安全生產(chǎn)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)（標(biāo)準(zhǔn)編號(hào)：AQ/T 1068-2008），2009年1月1日起正式開始實(shí)施（見附加材料）。 本作品所提出的煤自燃傾向性氧化動(dòng)力學(xué)測(cè)定法目前已申報(bào)國(guó)家發(fā)明專利1項(xiàng)，實(shí)用新型專利1項(xiàng)（見附加材料）。
作品所處階段
- 本作品現(xiàn)處于中試階段。
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 有償技術(shù)轉(zhuǎn)讓。
作品可展示的形式
- 本作品可展示的形式如下：（1）實(shí)物、產(chǎn)品；（2）圖紙；（3）現(xiàn)場(chǎng)演示；（4）圖片；（5）樣品。
使用說明,技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì),適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說明,市場(chǎng)分析,經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測(cè)
- 使用說明：1）取煤樣進(jìn)行破碎、篩分、干燥等處理；2）裝50g煤樣，40℃恒溫運(yùn)行并通入96ml/min的干空氣至煤溫達(dá)到40℃；3）煤溫達(dá)40℃后，設(shè)為0.8℃/min程序升溫，干空氣流量為8ml/min，測(cè)試70℃時(shí)煤樣罐出口氧氣濃度 ；4）煤溫達(dá)70℃后，干空氣流量調(diào)為96ml/min，繼續(xù)程序升溫至得到交叉點(diǎn)溫度 ；5）計(jì)算得到判定指數(shù)I，據(jù)此對(duì)煤自燃傾向性作出分類。 技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)：首次采用氧化動(dòng)力學(xué)方法對(duì)煤自燃傾向性進(jìn)行研究，所定義的判定指標(biāo)I能夠全面反映煤氧化自燃各階段的內(nèi)在氧化特征，比國(guó)標(biāo)采用的色譜吸氧法更為科學(xué)實(shí)用。相應(yīng)測(cè)試裝置能夠?qū)崿F(xiàn)多參數(shù)一體化、自動(dòng)化采集、分析，自動(dòng)化程度高。 適用范圍與推廣前景：適用于煤自燃傾向性的科學(xué)分類；大量實(shí)測(cè)結(jié)果表明，該方法重復(fù)性好、操作便捷，是一種科學(xué)、快捷、有效的煤自燃傾向性鑒定方法，目前已被列為煤礦安全行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，經(jīng)過進(jìn)一步研究，特別經(jīng)大量代表性煤樣測(cè)試后，將可能取代現(xiàn)行煤自燃傾向性色譜吸氧鑒定法（現(xiàn)行國(guó)標(biāo)），推廣應(yīng)用前景廣闊。
同類課題研究水平概述
- 在煤自燃傾向性測(cè)定方面，目前國(guó)際上尚無統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，不同地區(qū)和國(guó)家在不同時(shí)期采用不同的測(cè)試方法。當(dāng)前，除我國(guó)采用的30℃時(shí)煤的物理吸氧量作為指標(biāo)外，國(guó)外主要產(chǎn)煤國(guó)家在采用絕熱氧化法和程序升溫法等模擬煤自燃過程的基礎(chǔ)上，通過測(cè)試某一或幾個(gè)參數(shù)作為煤自燃傾向性的判定指標(biāo)，如最低自熱溫度（SHT）、釋熱速率（HR）、煤自熱升溫速率（R70）、交叉點(diǎn)溫度（CPT）和高溫活化能（E）等。上述測(cè)試中，絕熱氧化法因煤在低溫氧化階段的產(chǎn)熱量小，自然升溫過程較長(zhǎng)，測(cè)試條件十分苛刻，很難形成測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)；采用程序升溫的交叉點(diǎn)溫度法和高溫活化能法主要反映的是煤在高溫時(shí)的氧化與自燃特性，測(cè)定結(jié)果的意義就受到影響。同時(shí)，煤自燃過程是一個(gè)由低溫緩慢氧化階段（一般常溫到70℃）和快速氧化階段（一般大于70℃）共同組成的非線性的動(dòng)態(tài)的發(fā)展過程。當(dāng)前對(duì)煤自燃傾向性的測(cè)試還只局限在煤自燃過程的局部階段。如我國(guó)的色譜吸氧法測(cè)定煤在30℃時(shí)的吸氧量；美國(guó)、加拿大、英國(guó)、澳大利亞等采用煤在40～70℃時(shí)的絕熱升溫速率R70或最低自熱環(huán)境溫度（SHT，通常為70℃），這些參數(shù)只反映了煤低溫階段的特性。印度、土耳其、新西蘭等采用交叉點(diǎn)溫度（CPT，一般≥150℃）等，波蘭采用煤在190℃～237℃的活化能，這些參數(shù)又只反映了煤在較高溫度階段的特性。煤自燃過程是一個(gè)非線性動(dòng)態(tài)發(fā)展過程，不同反應(yīng)階段煤的氧化特性不同，僅以某一階段的特性難以全面的反映煤從低溫至自燃整個(gè)過程的氧化能力。因此，國(guó)內(nèi)外現(xiàn)有的煤自燃傾向性測(cè)定方法還存在較大的局限性，缺乏一個(gè)既能綜合反映煤自燃全過程又測(cè)試簡(jiǎn)單方便的測(cè)試方法。 本作品提出的煤自燃傾向性的氧化動(dòng)力學(xué)測(cè)定法是一種以煤從低溫氧化到自燃的動(dòng)態(tài)發(fā)展全過程為研究對(duì)象，以熱自燃理論和自由基鏈?zhǔn)椒磻?yīng)理論為基礎(chǔ)，以多參數(shù)綜合測(cè)試方法為手段的科學(xué)方法。該方法以煤自燃傾向性的氧化動(dòng)力學(xué)綜合判定指數(shù)為指標(biāo)，既能反映煤在低溫緩慢氧化階段的特性也能反映出煤在加速氧化階段的特性，避免了當(dāng)前以吸氧量為鑒定指標(biāo)難以反映煤內(nèi)在自燃特性的缺陷，體現(xiàn)了煤自熱氧化的歷程和煤氧復(fù)合能力的強(qiáng)弱，從而能夠科學(xué)判定煤自燃傾向性。該方法和裝置為國(guó)內(nèi)外首創(chuàng)（見附加材料：查新報(bào)告），已于2008年11月被批準(zhǔn)為國(guó)家安全生產(chǎn)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)（標(biāo)準(zhǔn)號(hào)：AQ/T 1068-2008），并于2009年1月1日起開始在全國(guó)正式推廣實(shí)施。
![超聲-微波輔助超臨界二氧化碳萃取黃柏?fù)]發(fā)油工藝的研究](/media/pro_project/proimage/2011/7/26/cache/f1907a64-c18f-41cc-88e4-be70434e6d26_120_120.jpg)
