阻化液预注入对煤自燃过程中微观物理化学结构影响的机理研究

针对煤自燃引发的火灾隐患，研究人员通过低温氮吸附、扫描电镜和红外光谱实验，探究阻化液预注入对煤体孔隙裂隙结构、分形特征及官能团含量的影响。结果表明，阻化液可显著降低煤样比表面积和大孔体积，200°C时分形维数降幅达2.54%，脂肪烃比例上升而C=O和OH峰面积下降，在25-200°C抑制效果显著。该研究为阻化液应用技术优化提供理论支撑。

　　

煤炭作为全球关键能源，在开采和储存过程中面临自燃引发的重大安全隐患。煤体与氧气接触后发生物理化学吸附及氧化反应，热量持续积累导致自燃，不仅造成资源浪费和环境污染，还可能引发瓦斯爆炸等次生灾害。传统阻化技术存在渗透不均、作用时效短等问题，而煤体预注阻化液技术通过钻孔使阻化液充分浸润煤体裂隙，从物理结构和化学活性双途径抑制自燃，但微观作用机制尚不明确。

山东科技大学的研究团队在《Powder Technology》发表研究，采用抗坏血酸（VC）、六水合氯化镁（MgCl₂·6H₂O）和十二烷基硫酸钠（SDS）复合阻化液处理东滩煤矿烟煤，通过程序升温装置模拟自燃过程，结合低温氮吸附（BET法）、扫描电镜（SEM）和傅里叶红外光谱（FTIR）等技术，系统分析了阻化处理对煤体微观结构的影响。

关键技术方法
研究选取60-80目煤粉，通过真空浸渍法加载复合阻化液。采用低温氮吸附测定比表面积和孔径分布，SEM观察表面形貌变化，FTIR定量分析脂肪烃（-CH₂-）、羟基（-OH）和羰基（C=O）等官能团峰面积变化，结合分形理论计算孔隙复杂程度。

研究结果

1. 孔隙结构变化：阻化煤样比表面积降低，200°C时大孔体积减少最显著，SEM显示表面裂隙数量明显减少。分形维数在200°C降幅达2.54%，表明阻化液简化了孔隙网络结构。
2. 官能团演化：FTIR显示阻化煤样脂肪烃比例上升，而C=O和OH峰面积下降，反映阻化液抑制了氧化活性基团的生成。
3. 温度效应：25-200°C阶段阻化效果显著，300°C后抑制能力减弱，表明阻化液更适合低温预防。

结论与意义
该研究揭示阻化液通过物理堵塞孔隙和化学钝化活性基团的双重机制抑制煤自燃，其中VC的还原性可中和自由基，MgCl₂·6H₂O通过结晶膨胀填充裂隙，SDS改善润湿性。成果为煤矿火灾的"源头预防"提供理论依据，指导阻化液配方优化和注液参数设计。未来需针对高温阶段阻化失效问题开展耐热改性研究。