【摘要】 由于TG曲线的总体变化相对较小，为了准确获得煤样在不同风量下的热特性变化规律，将对特征参数进行进一步分析。

化石燃料是全球经济发展的主要动力，人类生存的物质安全更为重要。煤炭作为世界上最重要、最占主导地位的化石燃料之一，在电力工程、冶金、能源化学等领域不可或缺。但它们很容易被氧化并引发煤炭自燃（CSC），但也间接导致气体和粉尘爆炸等次生灾害，对全球煤炭工业的发展构成严重威胁。因此，研究风量对CSC的影响，掌握促进CSC的最佳风量，有助于CSC的早期预防和控制。

 

在Yang Xiao的工作中，通过研究CSC在不同风量下的特性，确定最佳风量，为采空区CSC的有效控制提供了方向。采用TG−DSC技术，以烟煤为研究对象，研究了不同风量下CSC的特性参数

 

图1 不同气流速率下煤样的TG−DTG曲线[1]

 

样品在四种气流速率和加热速率下的TG−DTG曲线如图1所示。煤样在不同条件下的曲线具有相似的趋势。煤样在初始阶段的质量损失较小，最大质量损失出现在燃烧阶段，变化幅度变化很大。比较四条不同曲线的趋势，不同气流速率下煤样的总体质量变化相对较小，质量损失率变化相对显著，四种加热速率下最大质量损失率出现在150 mL min−1处。

 

然后，由于TG曲线的总体变化相对较小，为了准确获得煤样在不同风量下的热特性变化规律，将对特征参数进行进一步分析。例如，选择了2.5°C min−1的加热速率和120 mL min−1气流速率，结果如图2所示。根据TG−DTG曲线的研究数据和以往的研究经验，选择了六个特征温度和五个阶段进行划分。

 

图二 TG−DTG曲线，气流速率为120 mL min−1，温度为2.5°C min−1。

 

在多种气流速率下，确定了六个特征温度和五个反应阶段，计算了燃烧特性，并通过Coats–Redfern、FWO和Starink方法获得了表观活化能。同时，应用动力学方法计算表观活化能，以进一步阐明CSC的演化机制，为煤矿可持续发展提供重要依据。

 

结果表明，随着气流流速的增加，特征温度先下降后上升，其中150mL min时的特征温度最低。同时，样品的稳定性和燃烧能力显著增强，放热能力和放热能力增大，与氧气的反应能力在150 mL min时最高。然后，Avrami–Erofeev方程（n=3/2）被证明是煤样品最合适的机制。此外，样品的表观活化能在150 mL min时最低，CSC能力明显增强。研究结果将为地下煤矿CSC的初步研究提供理论依据。

 

[1] Xiao, Y., Huang, YK., Yin, L. et al. Thermal behaviors and kinetic characteristics of coal spontaneous combustion at multiple airflow rates by TG − DSC. J Therm Anal Calorim (2024). https://doi.org/10.1007/s10973-024-12878-2.

 

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