【摘 要】
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煤矿安全一直受到党中央、国务院高度重视,而防治煤自燃是保证煤矿安全的重中之重,针对现有防止煤自燃特别是采空区煤自燃问题,一般采取喷洒阻化剂的方式,然而常规阻化剂在煤层中暴露出了稳定性较差、容易被氧化、寿命短等问题。为了针对性解决上述问题,蒋曙光团队提出了“温控胞衣阻化剂”概念,温控胞衣是指以复合材料制作胞衣外壳对常规阻化剂溶液进行封闭包裹,对阻化剂溶液起到了保护作用,且当达到一定温度(煤自燃临界温
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煤矿安全一直受到党中央、国务院高度重视,而防治煤自燃是保证煤矿安全的重中之重,针对现有防止煤自燃特别是采空区煤自燃问题,一般采取喷洒阻化剂的方式,然而常规阻化剂在煤层中暴露出了稳定性较差、容易被氧化、寿命短等问题。为了针对性解决上述问题,蒋曙光团队提出了“温控胞衣阻化剂”概念,温控胞衣是指以复合材料制作胞衣外壳对常规阻化剂溶液进行封闭包裹,对阻化剂溶液起到了保护作用,且当达到一定温度(煤自燃临界温度之前)时胞衣外壳熔化释放包裹的阻化剂溶液,从而发挥阻化剂溶液的最佳阻化效果,本文在此基础上,研究了温控胞衣外壳材料种类、最佳复配比以及温控胞衣阻化效果。首先,从众多相变材料中优选出聚乙二醇作为基体材料的组成部分,并通过程序升温实验研究了不同分子量聚乙二醇对煤低温氧化的影响,研究表明,聚乙二醇10000的阻化作用最佳。为提高聚乙二醇10000疏水性,选取了石蜡、季戊四醇硬脂酸酯与聚乙二醇10000进行熔融混合作为基体材料,最终确定了基体材料的最佳比例为PEG10000(7/11)+石蜡(3/11)+PETS(1/11)。同时利用差示扫描量热法(DSC),得出基体材料的相变温度为64.4℃,相变温度小于煤的临界温度(一般为70℃),胞衣的“温控”特性主要由基体材料体现。其次,为避免温控胞衣在储存、运输等过程中破裂而使内部包裹的阻化剂溶液提前释放,研究了不同种类不同比例的增强材料对温控胞衣外壳材料力学性能的影响。结果表明颗粒增强材料粉煤灰、氢氧化铝可以显著提高复合材料的抗压强度,并对氢氧化铝、粉煤灰进行复配得出最优配比,而纤维增强材料中改性短切芳纶纤维提高复合材料抗拉强度效果最佳。并研究了添加偶联剂改善复合材料界面性从而提高其力学性能。通过上述研究,最终选取的温控胞衣外壳材料的种类及配比为基体材料(77.75%)+氢氧化铝(5%)+粉煤灰(15%)+改性短切芳纶纤维(1.5%)+硅烷酸酯偶联剂(0.75%)。同时得出当选择温控胞衣球体直径为15mm时,球壳厚度大概1.4mm,温控胞衣球体抗压强度达到21.56N,此时安全系数及经济性最佳。最后,采用傅里叶变换红外光谱对原煤及PEG10000阻化煤样的主要官能团变化及阻化效果进行研究,得出原煤的主要官能团结构及PEG10000对煤样不同基团的微观阻化机理。使用Carbolite程序升温实验系统,对制备好的温控胞衣进行低温阻化效果测试,与常规阻化剂溶液相比,温控胞衣表现出更好的阻化效果。该论文有图46幅,表17个,参考文献78篇。
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