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我国是一个以煤为主要能源的国家,煤炭开采量逐年增加的同时也带来了日益严重的煤矿安全问题。煤自燃是导致煤矿火灾的主要原因之一,在造成巨大损失的同时,严重制约着煤矿科技技术的进步。目前用于矿井防灭火的技术有很多,其中胶体防灭火技术以其良好的防灭火效果、运输方便、无污染、成本低等优势得到了广泛的应用,并取得了良好的效果。因此,在对煤层自燃机理及防灭火技术现状分析的基础上,制备更加优良的胶体材料,具有重要的实际意义。 本文首先选择自制的聚丙烯酸与聚(丙烯酸/丙烯酰胺)作为促凝剂,水玻璃作为基料,制备两种不同的无机--有机复合凝胶阻化材料。然后考察不同的无机--有机复合凝胶阻化材料的粘度、凝胶时间、固含量、保水性及其对煤阻化性能的影响因素,并且通过扫描电镜、傅立叶红外光谱分析以及TG-DTA综合热分析对复合凝胶的阻化机理进行研究。最后在制备的两种无机--有机复合凝胶中添加自制的氮.磷系阻燃剂双氰胺缩聚物,改善复合凝胶阻化材料的阻化性能。 实验研究结果表明:制备得到的无机--有机复合凝胶阻化材料能够通过改变凝胶组分配比以及反应时间来调控凝胶粘度与凝胶时间,其不仅具有较好的保水性和成膜性,同时对煤具有良好且稳定的阻化效果。水玻璃--聚丙烯酸复合凝胶阻化材料的最佳工艺条件为:水玻璃与聚丙烯酸质量比为7:1,反应时间15min左右,凝胶粘度1000~1500mPa.s,在50g煤中添加量为40g,阻化率最高为54.2%。水玻璃--聚(丙烯酸/丙烯酰胺)复合凝胶阻化材料的最佳工艺条件为:水玻璃与聚(丙烯酸/丙烯酰胺)质量比为11:1,在50g煤中添加量为40g,其阻化率最高为58.5%。通过向无机.有机复合凝胶阻化材料中添加氮.磷系阻燃剂双氰胺缩聚物可知,双氰胺缩聚物不仅能够改善复合凝胶在煤表面的成膜情况,使得附着在煤表面的复合凝胶干燥后不易破裂,同时能够增强复合凝胶的阻化效果,尤其是提高复合凝胶在低温时的阻化效果,其在水玻璃--聚丙烯酸复合凝胶阻化材料中的最佳添加量为15%,阻化率最高为59.1%;在水玻璃--聚(丙烯酸/丙烯酰胺)复合凝胶阻化材料中最佳添加量为25%,阻化率最高为50.2%。 扫描电镜、傅立叶红外光谱分析以及TG-DTA综合热分析结果表明无机-有机复合凝胶阻化材料通过附着在煤表面,堵塞煤中孔隙,隔绝煤氧接触,同时利用水分的蒸发吸收热量,降低煤体温度,并且破坏煤中C-O官能团,降低煤的反应活性,提高煤的分解燃烧温度,最终达到阻止煤低温氧化自燃的目的。