【摘 要】
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截至目前,煤炭资源仍然是我国国民经济的重要支柱,电力、钢铁等行业对煤炭的需求量仍然很大。然而,煤炭自燃始终是矿井安全生产的一块绊脚石。煤炭自燃一旦发生,将会引发火灾、瓦斯爆炸等重大自然灾害,给人们带来了难以估量的伤害与损失。因此,如何有效防止煤自燃是全世界面临的一项挑战。凝胶类防灭火材料因其优良的降温与堵漏风特性,且流动性好、保水性强、成胶时间可控,在控制采空区煤炭发火自燃、封堵采空区漏风通道等方
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截至目前,煤炭资源仍然是我国国民经济的重要支柱,电力、钢铁等行业对煤炭的需求量仍然很大。然而,煤炭自燃始终是矿井安全生产的一块绊脚石。煤炭自燃一旦发生,将会引发火灾、瓦斯爆炸等重大自然灾害,给人们带来了难以估量的伤害与损失。因此,如何有效防止煤自燃是全世界面临的一项挑战。凝胶类防灭火材料因其优良的降温与堵漏风特性,且流动性好、保水性强、成胶时间可控,在控制采空区煤炭发火自燃、封堵采空区漏风通道等方面具有广阔的应用前景。为了防治煤炭自燃,本文提出了新型矿用防灭火塑性凝胶材料。即在传统水玻璃凝胶(WG)中分别引入阳离子聚丙烯酰胺(CPAM)、阴离子聚丙烯酰胺(HPAM)、羧甲基纤维素(CMC),制备了新型 CPAM/WG gel、HPAM/WG gel、CMC/WG gel,另外在 HPAM/WG gel、CMC/WG gel中添加交联剂柠檬酸铝(AlCit),制备了新型互穿网络HPAM-A13+/WG gel和 CMC-A13+/WG gel。与传统水玻璃凝胶、CPAM/WG gel、HPAM/WG gel、CMC/WG gel和CMC-A13+/WG gel几种凝胶材料相比,HPAM-A13+/WG gel具有较好的保水性、抗压强度以及阻化性能,有效解决了传统无机硅凝胶固结体失水后易开裂、粉化等问题。此外,通过SEM测试从微观角度研究了改性后的凝胶与传统水玻璃凝胶的形貌变化;通过FTIR分析了凝胶材料对煤氧化时羟基和亚甲基的抑制作用的差异;通过EDS-Mapping分析出,无机硅凝胶和高分子凝胶混合均匀。灭火实验表明,HPAM-A13+/WG gel能覆盖在燃烧煤体的表面,显著降低火源温度、热辐射和CO的产生量,灭火稳定,不会出现复燃现象;而用其它几种材料灭火后,煤体都存在不同程度的复燃,或有复燃趋势。可见,HPAM-A13+/WG gel是一种综合性能优异的矿用防灭火材料。根据该塑性凝胶成胶时间、渗透性等特点,明确了合理的塑性凝胶注浆装置。针对正常回采、过断层、停采、撤架等不同情况下煤柱破碎等区域的特点,制定出与之相适用的现场应用方案。将塑性凝胶应用于山东李楼煤业有限公司1308工作面,效果良好且应用前景广阔。该塑性凝胶不同于传统的“凝胶”,具有成本低、渗透性好、凝胶时间可控、保水性好、韧性好等特点,相比其它防灭火材料具有明显的优势。同时,塑性凝胶制备简单,成本低廉,经济投入可被绝大多数煤矿企业所接受。配套的注浆设备操作简单,便于煤矿工人使用。其防灭火效果显著,煤矿易发火区在该凝胶的防治下,避免了火灾的发生,免于自燃的煤被开采出来又给矿企带来了盈利。
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