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1 概述1

1.1 研究背景1

1.2 国内外相关研究的现状2

1.2.1 煤低温氧化机理与动力学模型2

1.2.2 煤的低温氧化特性的研究3

1.2.3 煤堆自燃趋势预报方法和数学模型4

1.2.4 煤堆自燃防护技术及其防护的工程试验5

1.3 主要内容与框架6

参考文献8

2 煤的氧化动力学基础10

2.1 煤的化学组成与热物理性质10

2.1.1 煤的形成及分类10

2.1.2 煤的化学组成11

2.1.3 煤的热物理性质20

2.2 煤的自燃基础与自燃过程25

2.2.1 热的自燃基础25

2.2.2 煤的自燃过程及影响因素和产物29

2.3 热动力学理论45

2.3.1 自燃的化学动力学45

2.3.2 谢苗诺夫热自燃理论46

2.3.3 弗兰克—卡门涅茨基（F—K）自燃理论49

2.3.4 链锁自燃理论54

2.4 煤炭自燃的量子化学理论和配位化学理论55

2.4.1 煤炭自燃的量子化学理论55

2.4.2 密度泛函理论56

2.4.3 配位化学理论61

2.5 煤自燃过程的氧化动力学理论65

2.5.1 煤自燃的氧化动力学模型建立65

2.5.2 煤自燃的氧化动力学特性69

2.5.3 煤自燃过程的氧化动力学分析73

参考文献76

3 煤堆自燃过程的特性80

3.1 煤堆自燃过程特性研究概述80

3.2 采用篮子加热法研究煤的低温氧化过程和动力学特性81

3.2.1 篮子加热法实验概述82

3.2.2 煤的低温氧化过程83

3.2.3 临界着火温度84

3.2.4 低温氧化动力学参数测定85

3.2.5 自燃发火时间89

3.2.6 小结89

3.3 TGA/DSC同步热分析法测量煤的低温氧化动力学参数90

3.3.1 TGA/DSC同步热分析概述90

3.3.2 TGA/DSC同步热分析特性曲线92

3.3.3 低温氧化动力学参数的测定96

3.3.4 小结98

3.4 煤低温氧化的恒温量热分析及动力学分析99

3.4.1 恒温量热分析概述99

3.4.2 不同温度下的氧化放热特性曲线100

3.4.3 低温氧化动力学参数的测定102

3.4.4 小结103

3.5 煤低温氧化过程中表面官能团演变的原位DRIFTS分析104

3.5.1 原位分析概述104

3.5.2 煤表面官能团结构在低温氧化过程中的变化105

3.5.3 不同加热温度对煤表面官能团结构的影响110

3.5.4 原位DRIFTS检测煤在低温氧化过程中的气体产物CO2110

3.5.5 三种煤样的原位DRIFTS分析的比较111

3.5.6 三种煤样的原位DRIFTS谱图的含氧官能团特征峰的拟合解析112

3.5.7 小结114

3.6 混合煤种低温氧化交互影响与动力学分析115

3.6.1 动力学模型115

3.6.2 单煤种低温氧化热力学分析117

3.6.3 混煤低温氧化热力学分析118

3.6.4 混煤低氧氧化的交互影响119

3.6.5 混合比例对低温氧化的影响120

3.6.6 混煤低温氧化动力学分析120

参考文献121

4 抑制煤堆自燃的数值模拟与实验130

4.1 抑制煤堆自燃的理论130

4.1.1 自燃过程的数学模型130

4.1.2 煤堆自燃过程的数值模拟131

4.1.3 控制煤堆边界的氧扩散对煤堆内温度的影响136

4.1.4 煤堆自燃的影响因素分析141

4.1.5 小结145

4.2 燃烧动力学参数145

4.2.1 燃烧动力学参数的计算方法145

4.2.2 煤样与稠油的燃烧动力学参数148

4.2.3 小结151

4.3 抑制煤堆自燃新方法151

4.3.1 模拟实验151

4.3.2 实验控制和数据采集系统153

4.3.3 新方法的应用情况155

4.3.4 小结157

参考文献158

5 煤堆自燃的预报预测技术与开发159

5.1 煤堆自燃倾向性及预报预测技术159

5.1.1 着火点温度法160

5.1.2 双氧水法161

5.1.3 绝热氧化法162

5.1.4 交叉点测试方法163

5.1.5 高温活化能测定方法165

5.1.6 热分析技术166

5.1.7 色谱吸氧法168

5.1.8 煤自燃倾向性的氧化动力学测定法169

5.2 煤堆自燃预报预测技术开发175

5.2.1 理论模型175

5.2.2 数值模拟方法177

5.2.3 数值模拟软件180

5.2.4 煤堆氧化过程和阻燃效果模拟分析181

5.2.5 数值模拟方法应用于自燃进程的因素分析184

5.2.6 小结186

5.3 煤堆自燃预报预测技术的应用187

5.3.1 基于BP神经网络的煤层自燃预测187

5.3.2 因子分析与支持向量机相结合的煤炭自燃预测190

5.3.3 基于代数神经网络的煤自燃预测194

参考文献198

6 电站煤场防灭火技术应用201

6.1 煤堆阻燃方法概述201

6.2 惰性气体灌注防灭火技术203

6.2.1 低压二氧化碳防灭火技术203

6.2.2 氮气防灭火技术206

6.3 电站煤场消防系统设计207

6.3.1 GB 50084—2001《自动喷水灭火系统设计规范》电站应用解读207

6.3.2 大空间智能型主动喷水灭火系统应用示例208

6.3.3 圆筒煤仓可燃气体报警及自动通风系统应用示例211

6.3.4 煤仓防火安全监测系统应用示例212

6.4 露天煤堆阻燃装置应用示例214

6.4.1 技术实施方案214

6.4.2 技术应用215

6.5 封闭式煤场挡煤墙防灭火技术216

6.6 小空间灌注／灌浆阻燃技术217

6.6.1 灌浆阻燃技术217

6.6.2 喷洒灌浆阻燃技术218

7 煤炭阻化剂阻燃技术应用220

7.1 煤炭阻化剂阻燃原理220

7.2 胶体阻燃技术223

7.2.1 胶体灭火机理223

7.2.2 胶体及其特性233

7.2.3 胶体防灭火技术应用234

7.3 三相泡沫的阻燃技术239

7.3.1 阻化泡沫的组成及特性239

7.3.2 阻化泡沫技术应用240

7.4 盐类阻燃技术241

7.4.1 铵盐类阻燃技术原理242

7.4.2 氯盐类阻燃技术原理242

7.4.3 硼酸锌阻燃技术原理242

7.4.4 盐类阻燃技术应用243

7.5 新型高聚物阻燃技术246

7.5.1 新型高聚物阻燃技术原理246

7.5.2 新型高聚物阻燃技术应用247

7.6 煤炭阻化剂性能比较与分析250

7.6.1 卤盐类阻化剂250

7.6.2 铵盐阻化剂250

7.6.3 碱类阻化剂251

7.6.4 抗氧化类、粉末状阻化剂251

7.6.5 泥浆阻化剂251

7.6.6 凝胶类阻化剂251

7.6.7 高聚物乳液阻化剂252

7.6.8 惰性气体阻化剂252

7.6.9 泡沫阻化剂252

7.6.10 复合阻化剂253

8 煤灰／粉覆盖煤堆阻燃工程示例254

8.1 煤灰覆盖煤堆阻燃工程示例254

8.1.1 试验用煤254

8.1.2 实验结果255

8.2 煤粉覆盖煤堆阻燃工程示例256

8.2.1 试验背景256

8.2.2 具体技术方案及实施效益257

8.2.3 具体技术应用258

8.3 新型复合有机覆盖剂研制258

8.3.1 概述258

8.3.2 新型复合有机覆盖剂的孔隙度和渗透率的测试方法和结果270

8.3.3 阻燃效果的实验室评估272

8.3.4 阻燃效果的现场评估276

参考文献283