王德明,辛海会,戚绪尧,窦国兰,仲晓星

(1．中国矿业大学煤矿瓦斯与火灾防治教育部重点实验室,江苏徐州 221116;2．中国矿业大学安全工程学院,江苏徐州 221116)

煤自燃中的各种基元反应及相互关系：煤氧化动力学理论及应用

王德明1,2,辛海会1,2,戚绪尧1,2,窦国兰1,2,仲晓星1,2

(1．中国矿业大学煤矿瓦斯与火灾防治教育部重点实验室,江苏徐州 221116;2．中国矿业大学安全工程学院,江苏徐州 221116)

针对煤结构及其反应的复杂性,在综合分析煤中活性基团种类、结构形式及其在反应中转化特性的基础上,构建了煤自燃中的活性结构单元,采用前线轨道理论和量子化学计算分析了活性位点上的电子转移及其完整反应路径、活化能及放热量,建立了煤自燃过程中的13个基元反应及其反应顺序和继发性关系,揭示了以氧气引发的持续将煤中原生结构转化为碳自由基并释放气体产物的低活化能链式循环的煤氧化动力学过程,提出了煤氧化动力学理论,阐明了煤自燃产热产物的反应机理,该理论在煤自燃倾向性鉴定和煤自燃高效化学阻化技术研究中得到了成功应用。

煤自燃;前线轨道;量子化学;基元反应;氧化动力学

煤自燃是煤矿的主要自然灾害之一。为防治煤自燃,首先要了解煤的自燃机理。早在17世纪,人们已开始发表论文探讨煤自燃的起因。300多年来,为了解答煤为什么能够自燃,人们进行了不懈的努力与探索,提出了解释煤自燃的多种假说,如黄铁矿作用、细菌作用、酚基作用、自由基作用、煤氧复合作用等假说。……