矿用新型胶体防灭火材料的制备及其性能实验研究

发布时间：2017-06-15 05:11

  本文关键词：矿用新型胶体防灭火材料的制备及其性能实验研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：火的存在促进了人类文明的进步,带动了社会的发展。在人类的控制范围内的物质燃烧能给人类带来益处,但超过了人类的控制范围的燃烧将给人们带来灾难。煤炭自燃对井下工作人员的生命造成威胁,同时使国家经济蒙受不可估量的损失。目前,煤炭火灾依然存在,给人类带来灾难。煤炭火灾可升高井下温度,成为很多煤矿井下灾害的导火索。煤炭发生自燃时,不但会产生CO等有毒有害气体,还会使瓦斯在高温条件下发生爆炸。煤炭火灾危害性极大,成为煤炭科技进步的绊脚石。目前用于防治煤自燃的凝胶防灭火材料在进行煤炭防灭火时虽然能取得一定的效果,但是会产生刺激性气味,恶化井下环境,不利于井下工作的进行。为了有效地防止煤炭自燃,弥补当前大多数凝胶防灭火材料的不足,研制出新的凝胶防灭火材料,它是由聚合物羧甲基纤维素钠、交联剂聚氯化铝和促凝剂葡萄糖酸-δ-内酯配备而成的。该材料无毒、无污染、易降解并且价格低廉,对于减少灾害损失,保护井下环境具有重要作用。首先通过正交实验对比分析,选择出合适的凝胶材料配比比例:质量分数为2.0%的聚合物与交联剂及促凝剂的合适配比比例为100:8:2,按照这种比例配制出的聚合物凝胶性能良好。然后根据煤矿防灭火材料应具备的特性,对凝胶的成胶时间、渗透性、热稳定性、强度、阻化性能进行实验研究。凝胶的成胶时间实验结果表明:促凝剂对胶体成胶时间的影响较大;在一定范围内,凝胶成胶时间随温度的升高而降低;在聚合物质量分数为0.5%—2.0%范围内时,聚合物质量分数对凝胶时间影响较大,随着聚合物质量分数的增加,其对成胶时间还有一定的影响,但是逐渐减弱,整体来说,凝胶时间随聚合物质量分数的升高而降低;在能形成稳定胶体的范围内,随着交联剂与聚合物比例的升高,成胶时间逐渐降低。凝胶的渗透实验结果表明:渗透率随着促凝剂用量的升高而下降,羧甲基纤维素钠的含量对渗透率的影响较为复杂,不成明显比例关系。热稳定性实验表明凝胶的热稳定性较好:聚合物凝胶和水的失水率都随着温度的升高而增大;在不同的温度下,聚合物凝胶的失水率都比自来水的失水率要低,温度越高,聚合物凝胶的失水率比自来水的失水率低的越多。凝胶强度测定实验表明:羧甲基纤维素钠的含量对凝胶强度的影响较大。采用程序升温的实验方法,借助色谱分析仪分析煤氧化过程中指标气体浓度变化规律,得出聚合物凝胶对煤样的阻化特性:凝胶对不同煤样的阻化效果不尽相同,这可能与煤的变质程度有关,总体来说凝胶对煤体氧化具有很好的阻化作用。最后在实验室模拟矿井火灾,对燃着的煤体进行凝胶灌注,记录煤体温度并对煤体内部气体采集分析,通过一定时间,温度和指标气体浓度均降低到煤体着火前水平,煤体火灾得到抑制,表明聚合物凝胶性能可靠,具有良好的防灭火特性。本文所研究的聚合物凝胶为防治煤炭自燃提供了一种新的技术手段,具有广阔的发展前景。
【关键词】：煤矿火灾 成胶时间 热稳定性 阻化 灭火实验
【学位授予单位】：太原理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TD752.2
【目录】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-11
• 第一章 绪论11-23
• 1.1 前言11-12
• 1.2 国内外研究综述12-19
• 1.2.1 胶体防灭火技术的构成14-17
• 1.2.2 胶体材料的成胶机理17-18
• 1.2.3 胶体材料的防灭火机理18-19
• 1.2.4 胶体材料的特性及应用研究19
• 1.3 存在的问题19-20
• 1.4 本文研究的内容和目标20
• 1.5 研究技术路线和实验手段20-23
• 第二章 新型胶体灭火材料成分含量选择实验研究23-33
• 2.1 实验材料和仪器23-24
• 2.2 新型胶体灭火材料中聚合物含量选择24-28
• 2.2.1 质量分数分别为A、B、C、D的聚合物溶液的配备25-26
• 2.2.2 A、B、C、D四种浓度聚合物溶液粘度实验研究26-28
• 2.2.3 聚合物含量的确定28
• 2.3 新型胶体灭火材料中交联剂的选择28-30
• 2.3.1 E、F、G三种质量分数的交联剂与聚合物C混合的实验研究29-30
• 2.3.2 新型胶体灭火材料中交联剂含量的确定30
• 2.4 新型胶体灭火材料中促凝剂含量的选择30-33
• 2.4.1 H、I、J三种含量促凝剂与C聚合物和F交联剂混合实验研究31
• 2.4.2 新型胶体灭火材料中促凝剂含量的确定31-33
• 第三章 新型胶体防灭火材料性能研究33-55
• 3.1 新型胶体成胶时间33-38
• 3.1.1 成胶时间的测量34
• 3.1.2 初始pH值对成胶时间的影响34-35
• 3.1.3 温度对成胶时间的影响35-37
• 3.1.4 聚合物质量分数对成胶时间的影响37
• 3.1.5 交联剂与聚合物比例对成胶时间的影响37-38
• 3.2 新型胶体在多孔介质中的渗透性38-41
• 3.2.1 渗透率的测量方法38-40
• 3.2.2 实验结果及讨论40-41
• 3.3 新型胶体的稳定性实验研究41-43
• 3.3.1 受热失水性测试方法42-43
• 3.3.2 受热失水性结果及分析43
• 3.4 聚合物凝胶的强度测试43-46
• 3.4.1 胶体强度测试方法44
• 3.4.2 胶体强度测试结果及分析44-46
• 3.5 新型胶体阻化性能实验研究46-52
• 3.5.1 煤样的工业分析46-47
• 3.5.2 实验方法及流程47-49
• 3.5.3 原煤样及阻化煤样的制备49
• 3.5.4 阻化率定义49-50
• 3.5.5 CO随温度变化实验结果50-52
• 3.5.6 结果分析与讨论52
• 3.6 本章小结52-55
• 第四章 实验室灭火模拟实验55-65
• 4.1 聚合物凝胶灭火工艺56-60
• 4.1.1 聚合物凝胶成分配比选择56-57
• 4.1.2 注胶设备介绍57-59
• 4.1.3 注胶流程59-60
• 4.2 单孔最小灌浆量的计算60-61
• 4.3 钻孔布置及注胶量确定61
• 4.4 具体实验步骤61-62
• 4.5 注胶效果分析62-64
• 4.6 本章小结64-65
• 第五章 结论65-67
• 5.1 主要结论65-66
• 5.2 创新点66
• 5.3 展望66-67
• 参考文献67-71
• 致谢71-73
• 攻读硕士期间发表论文73

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