煤自燃过程中生成CO的氧化中间官能团探讨
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- 煤自燃过程中生成CO的氧化中间官能团探讨摘要：CO气体作为伴随煤自燃氧化整个过程的标志气体，对煤自燃发火的预报具有非常重要的作用，但低变质煤种正常条件就可大量生成CO气体，干扰了低变质煤层开采区域矿井煤自燃的预报工作。本文通过采集内蒙古平庄古山矿、神东矿区补连塔煤矿，陕西神木矿区大柳塔煤矿，宁夏灵武矿区枣泉矿，新疆大南湖矿区大南湖一矿五个典型矿井的煤样，经隔氧破碎处理后，利用隔氧程序升温和傅里叶光干涉实验，研究了五个矿区煤样隔氧升温过程中的CO产生规律，分析了有无隔氧升温过程煤样煤分子上的活性官能团种类，认为煤分子上的羰基（C=O）、羧基（-COOH）、醚（-O-CH3）等含碳氧基团是常温下低变质煤种CO气体的产生与有直接关系，即这些含碳-氧基团为低变质煤种常温下生成CO的氧化中间官能团。
关键词：低变质；煤自燃；CO生成；氧化；官能团
Discussion on Oxidative Intermediate Functional Groups for CO Formation during Spontaneous Combustion of Low-Deterioration Coal
SUN Weili1，2, SHI Jilin1，2, ZHANG Haiyang1，2, ZHAO Yaming1，2, WANG Kun1，2, CHEN Qingfeng1，2
(1.China Coal Technology and Engineering Group Shenyang Research Institute， Fushun 113122， China;2.State Key Laboratory of Coal Mine Safety Technology， Fushun 113122， China)
Abstract:As an indicator gas accompanying the entire process of coal spontaneous combustion and oxidation， CO gas has a very important role in the prediction of coal spontaneous combustion， but a large amount of CO gas can be generated under normal conditions of low metamorphic coal types， which interferes with the prediction of spontaneous combustion of coal in the mining area of low metamorphic coal seams. In this paper， coal samples from five typical mines were collected include Pingzhuang Gushan Coal Mine in Inner Mongolia， Bulianta Coal mine in Shendong Mining Area， Daliuta Coal Mine in Shanxi Shenmu Mining Area， Zaoquan Coal mine in Ningxia Lingwu Mining Area， and Dananhu No. 1 Coal mine in Xinjiang Dananhu Mining Area. After the oxygen-blocking and crushing treatment， the oxygen-blocking program heating and Fourier light interference experiments were used to study the CO production law during the oxygen-blocking and heating-up of coal samples from five mining areas. The types of reactive functional groups， such as carbonyl groups (C = O)， carboxyl groups (-COOH)， ethers (-O-CH3)， on the coal molecules are considered to be low-deterioration coal types at normal temperature. The relationship is that these carbon-oxygen-containing groups are oxidized intermediate functional groups that generate CO at room temperature.
Keywords:Low deterioration;Spontaneous combustion of coal;CO generation；Oxidation;Functional group
CO气体作为伴随煤自燃氧化整个过程的标志气体，对煤自燃发火的预报具有非常重要的作用[1-5]。但低变质煤种在开采初期往往在开采后不久，就出现回风隅角等个别区段CO浓度超过0.0024%的超限现象[6-11]，但工作面、采空区内温度均正常，并未发生煤炭自燃，这严重影响了低变质煤种的煤自燃预报工作。低变质煤资源蕴藏量占我国煤炭资源储量的40%以上[7]，主要分布在我国的华北和西北地区，储量大部分集中在内蒙、陕西、新疆、甘肃、山西、宁夏六个省（区），保有储量占全国低变质煤的97.5%[8]。由此可见低变质煤种无自燃征兆条件下的CO大量生成必将严重威胁上述区域煤矿的正常开采。
为确定CO气体的来源，学者们开展了多年研究，部分学者通过研究，认为低变质煤种的CO主要来源于煤体的低温氧化反应[9-14]，部分学者则认为低变质煤种低温下CO来源于煤层内本身赋存，开采后释放[9，15]。本文主要通过研究低变质煤种隔氧升温过程中的CO生成规律，并通过红外光谱分析隔氧升温前后煤分子上的活性官能团种类，从而分析煤自燃过程中煤分子上生成CO的的氧化中间官能团。
1 煤样采集与处理
按 GB482-1995《煤层煤样采集方法》，分别采集了内蒙古平庄古山矿、神东矿区补连塔煤矿，陕西神木矿区大柳塔煤矿，宁夏灵武矿区枣泉矿，新疆大南湖矿区大南湖一矿等不同地区不同煤层的五个典型煤样，每个煤样采集量为2kg。煤样采集完成后，立即用多层聚乙烯袋包严，外套尼龙编织袋，经汽运送至实验室。...
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