断层构造对煤结构及氧化自燃特性的影响

为探究断层构造对煤结构及自燃特性的影响规律,以红庆梁煤矿11301工作面断层构造煤和原生煤为对象,采用红外光谱FT-IR实验、热重分析实验、低温氮气吸附实验和封闭式煤氧化实验,分别从微观和宏观角度对煤样的活性基团含量、燃烧特征温度、孔隙结构特征、耗氧速度和氧化放热强度进行分析。红外光谱FT-IR实验结果表明,断层构造煤的活性基团多于本煤层原生煤,断层构造煤的氧化活性高;热重分析实验表明,断层构造煤的裂解温度、临界温度、着火温度、峰值温度和燃尽温度均低于原生煤,断层构造煤表现出更强的自燃倾向性;低温氮气吸附实验结果表明,断层构造改变了煤的孔隙结构,相较于原生煤,断层构造煤比表面积增幅为2.5倍、平均孔径增幅为2.36倍、微孔孔容增幅为2.71倍、介孔孔容增幅为1.69倍。断层构造作用对煤体的孔隙结构特征的影响,便于氧气进入煤体与孔隙中的活性基团发生氧化反应;通过封闭式煤氧化实验可知,温度25~70℃条件,煤的耗氧速度、CO释放速度、CO2释放速度和氧化放热强度随温度升高呈指数增长;在氧体积分数为20%、温度25~70℃条件,红庆梁煤矿11301工作面断层构造煤的氧化放热强度是原生煤的1.37~2.00倍。断层构造煤相对于本煤层原生煤自燃倾向性更强。本次研究从微观和宏观角度揭示了实际采掘环境中断层构造煤更易发生自燃的原因是改变煤自身结构和自燃环境因素,使之更有利于自燃。