新型高水无机防灭火材料抑制煤自燃氧化的实验研究与现场应用

发布时间：2020-03-31 15:13

【摘要】：矿井火灾是威胁煤矿安全生产的重要形式,而小煤柱属于典型的含裂隙煤岩体,在工作面回采过程中,当其反复受到采动应力和集中应力作用后,煤岩体强度大大下降,煤岩体的透气性呈几何式增加,导致邻近采空区遗煤自燃的几率成倍增加,严重威胁本工作面的安全生产。由于当前单一的防灭火技术的局限性,无法最大程度地满足井下开采过程中的防灭火需求。因此,在煤自燃机理和传统防灭火技术的基础上,研究一种兼备封堵和阻化性能的防灭火材料对煤自燃的防治具有重要的意义。本文通过实验研究与现场应用相结合的方法研究了新型高水无机防灭火材料在煤氧化自燃过程中的防治效果。首先,以MgCl_2作为对比,借助傅里叶变换红外光谱仪探究新型高水无机防灭火材料对煤氧化过程中主要活性官能团的影响。结果表明,新型高水无机防灭火材料比MgCl_2在整个氧化升温过程中能更好地抑制脂肪烃(甲基-CH_3、亚甲基-CH_2)、芳烃-CH、羟基-OH以及羧基-COOH等活性基团参与氧化反应,降低其反应消耗量,相应地减少羰基C=O等次生官能团的生成,从而减缓煤自燃氧化的速度。其次,以阳煤一矿81303工作面作为现场应用的研究对象,先是建立一套适用于阳煤一矿81303工作面的小煤柱及邻近采空区的监测系统,进而可以随时获取邻近采空区中气体以及温度的数据。然后根据得到的数据并加以分析,得出了邻近采空区自燃隐患及危险性分布规律,进而可以建立起一套适用于本工作面的新型高水无机防灭火材料注浆系统。最后,对新型高水无机防灭火材料处理小煤柱及邻近采空区自燃隐患效果进行分析,结果表明,新型高水无机防灭火材料添加量少,工艺简单,较好的解决了小煤柱漏风和邻近采空区遗煤自燃隐患的问题,是良好的封堵防灭火材料,具有极大的推广应用价值。
【图文】：

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图 2-1 傅立叶变换红外光谱仪的工作原理图Figure2-1 The working principle of Fourier Transformation Infrared spectrometer.2.2 实验煤样的制备实验煤样选择阳泉（YQ）煤，去除煤块表面氧化部分，用破碎机进行粉碎避免测试煤样粒度过大而引起较强的散射，，使红外光谱谱图基线发生漂移，吸收谱带发生畸变，需研磨筛分出粒径小于 200 目的煤样。以 15%的添加质，分别向筛分好的原煤中添加水灰比为 8:1 的新型高水无机防灭火材料阻化 20%的 MgCl2阻化液，充分混合，编号，作为不同的阻化煤样与原煤煤样一封待测。此外，为了实验的准确性，减少实验变量，在原煤中也加入了相同不添加任何阻化材料的水。由于要研究氧化升温过程中煤样表面活性官能团的变化，在红外光谱实验进行不同温度条件下原煤及阻化煤样的氧化处理：将各试样以 15g 的实验用程序升温箱中以 0.5℃/min 的升温速率升温到各个温度点（50℃，80℃，110℃40℃，170℃，200℃），并在该温度点下氧化 2 小时后冷却取出装入密封管内

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图 2-2 红外光谱实验流程图Figure2-2 The flow chart of infrared spectrum experiment实验测试条件如下：波数范围为 4000cm-1~400cm-1，分辨率为 4.0cm-1，累计扫描次数为 32 次，时间为 1min。为获取高质量的光谱，实验前先做 K独压片并扫描，得到背景图谱，然后将测试样对照该光谱进行基线校正。.3 原始煤样中主要官能团及分布（Main Functional Groups anheir Distribution in Raw Coal）.3.1 原煤傅立叶变换红外光谱图首先对常温状态下的阳泉原始煤样进行红外光谱测试实验，得到了阳泉原样的红外光谱图，如图 2-3 所示。
【学位授予单位】：中国矿业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TD752.2

【参考文献】