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煤炭火灾是矿井主要灾害之一,给国家财产和人员安全带来严重危害。为防止煤炭自燃,国内外主要采用注浆、注惰气、注凝胶、喷洒阻化剂等方式灭火,这些技术有优势但只存在各自的适用条件。为保证灭火和充填效果,材料应具备良好的阻化性、流动性、渗透性,既保证采空区火区治理效果又提高空巷充填后的整体接顶效果、增强围岩强度,对上覆岩层起到很好的支撑效果。无机固化泡沫材料由于其反应过程不发热、耐火、有合适支撑强度、经济高效等性能,在矿井防灭火领域有良好的应用前景。本文依托国家重点研发计划子课题任务“可堆积无机固化发泡充填堵漏防灭火材料施工工艺与装备研制”,对无机固化材料进行研究,分析泡沫体材料的组成成分及作用原理,并通过实验室实验、数值模拟、现场试验的方式对材料配比基质、流动性、现场灭火性能进行探索,主要研究结果如下:（1）通过对无机固化材料物质组成成分及其常见种类和作用机理进行研究,为满足工程应用要求,选取了硫铝酸盐水泥作为材料的基料,另外选择了阴离子表面活性剂作为制备泡沫所需要使用的发泡剂和稳泡剂,氯化钙作为速凝剂去调节材料的凝结时间。（2）通过对泡沫剂成分进行研究,从起泡力、50%析液时间、沉降距、泌水量几个指标进行考察,最终选用脂肪醇硫酸钠作为发泡剂,LAS、SDS、动物胶、植物皂粉几种物质都能改善泡沫剂稳定性,但植物皂粉效果更好,几种物质添加量的最佳比分别为0.25%、0.25%、0.1%和0.4%。通过对沉降距与泌水量的正交试验,得出影响沉降距的主次顺序为稳定剂用量、增稠剂用量、表面活性剂用量;影响泌水量主次因素依次为表面活性剂使用量、稳定剂用量、增稠剂用量。（3）通过对无机固化材料凝结时间、流动性、抗压强度几个指标进行实验分析,得出影响凝结时间结果的主次顺序为减水剂用量、水固比、速凝剂用量、早强剂用量,其中减水剂用量对凝结时间影响最显著。影响流动性结果的主次顺序为泡沫剂用量、水固比、减水剂用量。泡沫剂使用越少,水固比越大,浆液流动性能越好。从抗压强度测试结果分析,在早期最主要的影响因素是泡沫剂用量。在后期影响强度最主要的因素是水泥和粉煤灰的掺量比,水泥的使用量越多,材料的强度越好。通过实验和影响因素主次分析,确定了配比进行现场应用。（4）通过使用红外光谱分析、SEM、XRD等现代测试手段对无机固化材料进行微观分析,可以发现,泡沫剂中羧基、羰基、硫酸根基团的存在,都更好地实现了亲水性接枝改性,有利于泡沫可持续时间的稳定性增强。早期无机固化材料的水化产物以絮状、波浪状为主,随着时间的推移,开始向针状、棒状发展,交错连接形成骨架结构,从而形成力学强度,形成更稳定的水化产物。泡孔大多都是微米级尺寸,泡沫剂掺量越多,泡孔数量会更多,尺寸会更大。互不连通的泡孔可以起到吸热降温、阻碍热量传导的作用。（5）根据工程现场条件,并结合数值模拟结果来看,在输送管道的第一个竖直弯头处及在水平管道流动的时候,管道上部流速较慢,该区域即为管道的空蚀区,另外,在输送管道的第一个竖直弯头处的下侧及第二水平弯头的外侧,浆液的流速最大且大于2m/s,该区域为冲蚀区,这两处管道容易磨损,需要现场应用时应进行特殊防护。当浆液水固比为0.5,管径为89mm时,管道出口的浆液流速相对均匀,管道不容易发生堵塞,可作为现场使用的参数。（6）通过现场注浆工程应用发现,与传统泥浆相比,无机固化材料的流动性远优于传统泥浆,基料的使用量可节约近一半,同时现场凝结时间较短,可达到工程上迅速凝结的要求,取样进行强度测试,发现其具有一定强度,与实验室测得的早期强度指标相符。此外,通过观察孔的观测,可以看到钻孔温度<50℃,CO浓度在014ppm之间,O2浓度稳定在7%以下,火区趋于稳定,达到了材料的预期要求。