煤层钻孔作业时CO产生规律的实验研究
Experimental study on the law of CO production in coal seam drilling
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摘要: 钻孔作业在现代化煤矿生产中广泛应用。 钻孔作业时煤层会产生一氧化碳气体(CO), 从而引发着火和CO超标事故。 本文搭建煤钻孔CO监测实验平台并进行傅里叶红外光谱实验, 从宏观和微观角度分析煤层钻孔作业时产生CO的规律。 实验结果表明:在煤层钻孔作业时有 一定量的CO生成,且CO的生成量与钻头转速和温度成正比;在钻孔的煤样屑中,脂肪族、含氧 官能团的含量均大于原煤,说明CO产生速度要大于其消耗速度。 分析得出,在钻孔作业中产生 的一氧化碳,为氧化产生的一氧化碳(O-CO)与煤的大分子破裂产生的一氧化碳(S-CO)的混合 气体。 其中,O-CO主要来源于—CH2 与—CH3 等脂肪族官能团的氧化、热解;S-CO来源于煤的 大分子断裂以及机械能转化为热能导致原煤中含氧官能团的热解。Abstract: Drillingoperationiswidelyusedinmoderncoalmineoperation.Carbonmonoxidegas(CO) isproducedincoalseamduringdrillingoperation,whichleadstofireandCOexceedingaccident.In thispaper,anexperimentalplatformformonitoringCOincoalboreholeisbuiltandFourierinfrared spectroscopyiscarriedouttoanalyzethelawofproductionCOincoalseamduringdrillingfrommacroscopicandmicroscopicperspectives.TheexperimentalresultsshowthatthereisacertainamountofCO generatedinthecoalseamdrillingoperation,andtheproductionofCOisproportionaltothespeedand temperatureofthedrillbit.Inthecoalsamplecuttingsafterdrilling,thecontentsofaliphaticgroupand oxygen-containingfunctionalgrouparehigherthantherawcoal,indicatingthattheproductionrateof COishigherthantheconsumptionrate.AnalysisshowsthattheCOproducedduringdrillingoperation isamixtureofoxidizedcarbonmonoxide(O-CO)andcarbonmonoxide(S-CO)produced by the crackingofcoalmacromolecules.Amongthem,theO-COgeneratedduringdrillingoperationmainly comesfromoxygen-containingfunctionalgroupsformedbyoxidationofaliphaticfunctionalgroupssuch as—CH2and—CH3,andpyrolysisoccursundertheactionofinternalenergy.S-COiscausedbycoal*s macromolecularfractureandtheconversionofmechanicalenergytothermalenergy,leadingtothepyrolysisofoxygen-containingfunctionalgroupsinrawcoal.
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