煤炭科学技术

作者：李振榕, 田富超, 王刚, 谭波, 秦玉金,

关键词：含瓦斯煤, 低温氧化, 微观结构, 热重−红外联用, 分形特征,

采空区瓦斯与煤自燃复合灾害日趋成为制约矿井安全生产的主要灾害模式，为研究瓦斯与煤自燃复合灾害致灾机理，通过低温液氮吸附、扫描电镜和TG-FTIR测试方法开展不同CH4吸附压力下煤低温氧化微观结构及热分析测试试验，并基于分形理论建立孔隙分形计算模型，探究吸附态CH4对煤孔隙结构和热稳定性的影响。结果表明：吸附态CH4抑制氧化对微孔的热损伤破坏，因此相较于以中、大孔为主的原煤，含瓦斯煤存在大量微孔，且孔隙形态发生变化；随着吸附压力的升高，失水脱附阶段煤样质量损失分别为4%、2.9%、3.2%和3.2%，CH4占据煤氧反应吸附位点导致参与氧化反应的化合物减少，氧化增重阶段参与氧化反应的活性物质减少，煤样氧化增重分别为0.67%、0.41%和0.31%，并且含瓦斯煤自燃各阶段的特征温度点随着吸附压力升高而滞后；构建了基于孔径分布及CH4吸附/解吸过程的分形模型，低CH4压力氧化前期煤表面形态不均一化增大，煤表面吸附气体能力升高，发生氧化反应的可能性增大，煤自燃风险增加，低瓦斯抑制煤自燃的能力较弱，且与原生孔隙的比表面积相关。研究成果探究了不同残余瓦斯含量对煤自燃特性的影响，进一步验证了不同吸附压力、温度下含瓦斯煤竞争吸附−解吸−氧化全过程连续物理模拟平台的准确性，为采空区复合灾害环境下瓦斯与火耦合灾害防治提供了基础支撑。

来源：2025年第5期

《煤炭科学技术》期刊编辑部

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