我国是一个多煤少油的国家,煤炭资源一直是我国主要的能源,但是随着煤炭资源的开采和开发,逐渐暴露出来许多严峻的问题,尤其是煤自燃火灾。日益频发的煤自燃火灾对煤矿井下正常的生产生活造成了巨大的威胁。针对煤自燃火灾的现象,目前,煤矿井下采用了许多方法对采空区遗煤自燃的现象进行治理,但是由于材料成本较高,施工工艺较为复杂,导致对采空区遗煤自燃的治理效果较差。粉煤灰是煤燃烧后产生的细小颗粒,含有大量的硅,铝,铁钙,钠等元素的氧化物,通过对粉煤灰的元素组成以及粉煤灰固有的物理和化学活性的研究发现,粉煤灰中金属氧化物主要以空间交织网状结构存在,不易与酸发生反应,因此利用氢氧化钠对粉煤灰活性进行激发,激发后的粉煤灰溶液中含有大量的金属离子,进而利用羧甲基纤维素钠与粉煤灰活化溶液中的金属离子进行接枝共聚反应制备活化粉煤灰胶体,并通过螯合剂,H⁺缓释剂对活化粉煤灰胶体成胶时间进行控制。当氢氧化钠浓度为0.5mol/L时,粉煤灰活化物质溶出率为15.29%,能够与羧甲基纤维素钠形成稳定的胶体状态,因此选用0.5mol/L的氢氧化钠溶液对粉煤灰进行活性激发。最后考察不同配比条件下活化粉煤灰胶体材料胶凝特性、阻化特性、灭火特性。活化粉煤灰胶体的胶凝特性包括成胶时间、粘度,渗透性以及保水性,不同配比条件下活化粉煤灰胶体体系的成胶时间最短为22min,且羧甲基纤维素钠对活化粉煤灰胶体的粘度影响最大,因此3%羧甲基纤维素钠的活化粉煤灰胶体易于停留在煤体之中且其渗透率仅为30.37%。活化粉煤灰胶体的主要成分是水,通过保水性实验发现当温度达到180℃时,2%,2.5%,3%羧甲基纤维素钠凝胶体系的受热失重率分别为51.34%,45.75%,38.87%。其中3%羧甲基纤维素钠凝胶体系的受热失重率最小,说明3%羧甲基纤维素钠活化粉煤灰体系的胶凝特性较好,因此选用3%羧甲基纤维素钠活化粉煤灰胶体对防灭火特性进行研究。阻化特性研究包括活化粉煤灰胶体在低温条件下对煤自燃标志性气体,交叉点温度,质量和热量变化的影响,发现褐煤和焦煤在经过3%羧甲基纤维素钠活化粉煤灰凝胶处理过后的阻化率最高,其阻化效果要优于CaCl₂和2.5%羧甲基纤维素钠活化粉煤灰凝胶。褐煤的燃烧阶段滞后了20℃左右,放热峰值点滞后40℃左右。说明活化粉煤灰胶体材料对煤自燃过程具有阻化作用。灭火特性研究通过水与活化粉煤灰胶体注入自燃煤体后发现水注入自燃煤体之中时,煤体出现复燃,而当活化粉煤灰胶体注入煤体时没有出现复燃现象,并且胶体能有效停留在炉体之内,覆盖煤体,减少煤体与氧气的接触。最后通过微观阻化实验结合活化粉煤灰胶体的防灭火特性研究了活化粉煤灰胶体的防灭火机理,胶体的加入会使煤样的比表面积减少,抑制了煤与氧的接触能力,同时抑制了煤中脂肪族C-H组分以及C=O等含氧官能团的反应速率,使煤体不易自燃。