粉煤灰凝胶防灭火技术在煤矿中的研究应用

发布时间：2017-04-20 10:13

  本文关键词：粉煤灰凝胶防灭火技术在煤矿中的研究应用，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】： 我国煤矿煤层自然发火非常严重，据不完全统计，我国国有煤矿自然发火危险矿井已占60％，由于煤炭自燃导致的优质煤损失量已达42亿吨以上，现在仍以每年2000～3000万吨的速度增加，每年造成数十亿元的经济损失；井下煤炭自燃产生的有毒有害气体严重地威胁着煤矿职工的生命安全；由于煤炭自燃，造成煤矿开采部署的破坏，大量煤炭资源和井下材料、设备的浪费，甚至导致矿井的提前报废，引发大批的煤矿工人失业等一系列的社会问题。 针对我国煤碳自然发火现状，在治理煤矿自燃火灾时采用注胶防灭火充填材料主要有：黄泥浆充填材料、水泥砂浆充填材料、煤矸石泥浆充填材料、粉煤灰充填材料、石膏充填材料、水玻璃凝胶充填材料、废水泥渣充填材料等。但存在有成本高、脱水以后体积减少多，不能固化或固化以后支撑强度低等缺点。根据现场应用状况，以往胶体防灭火材料由于其单一性且失水率较高，失水率可达50％～60％。胶体材料中使用的氨盐类凝胶，由于在使用中释放出大量的氨气，不利于工人的身体健康且污染空气，严重制约了煤矿的安全生产。所以研究新型胶体防灭火材料显得尤为重要。 粉煤灰凝胶材料是一种新型的防灭火材料，它具有高水、速凝、阻化降温、无毒、无味、成本低等特点，适于相邻采空区丢煤带、密闭、高温点等灌注充填堵漏。 本文从粉煤灰凝胶防灭火材料的特性入手，研究了粉煤灰凝胶材料在防灭火技术应用中的最佳配比。主要研究内容：(1)粉煤灰凝胶材料及配方的研究；(2)井下移动式灌注设备的研制；(3)综放面相邻采空区丢煤带灌注工艺的研究。主要技术指标：(1)粉煤灰凝胶初凝时间1～30min可调，含水量≥80％。(2)移动式灌注设备，压力5Mpa，流量5m~3／h，可输送固体颗粒≤5mm。 通过在实验室对粉煤灰凝胶的大量试验研究，用数理统计中的极差分析法和最小二乘法得出了最佳材料配比。采用粉煤灰凝胶的不同材料配比进行交叉试验，分别测得其成胶时间，找出材料配比与成胶时间的关系。粉煤灰凝胶最佳材料配比为：灰水比1∶3～1∶5，基料A用量3％，胶凝剂B用量1％～2％。 通过对井下移动式灌注设备的试验研究，结论符合使用要求。在西山煤电集团公司西铭煤矿进行了井下工业性试验，取得了良好的使用效果。 根据本文的试验结论，在山西长治市襄垣桃树煤矿进行了煤矿治理火灾的应用，取得了良好的效果，使煤矿恢复了正常的生产。
【关键词】：自然发火 粉煤灰凝胶 材料配比 灌注工艺
【学位授予单位】：太原理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2007
【分类号】：TD753
【目录】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-13
• 第一章 绪论13-21
• 1.1 问题的提出14-15
• 1.2 国内外煤矿防灭火材料及设备研究成果综述15-19
• 1.2.1 煤层自燃火灾综合防治新材料体系16-17
• 1.2.2 矿用防灭火材料现状分析17
• 1.2.3 矿用新型的防灭火材料17-19
• 1.2.4 生矿用防灭火充填材料19
• 1.3 研究目标及内容19-21
• 第二章 胶体防灭火材料及性能综述21-44
• 2.1 硅酸凝胶22-24
• 2.1.1 硅酸凝胶的原料22-23
• 2.1.2 硅酸凝胶的结构23-24
• 2.2 亲水性交联高分子及吸黏土矿物吸水生成的凝胶24-26
• 2.3 线性大分子凝胶26-28
• 2.4 复合胶体28-30
• 2.4.1 复合胶体的组成和结构28-29
• 2.4.2 复合胶体的制备29-30
• 2.5 稠化胶体30-33
• 2.5.1 稠化胶体的结构30-32
• 2.5.3 FCXF12稠化胶体基料的选择32-33
• 2.6 胶体材料防灭火性能33-43
• 2.6.1 成胶时间及影响因素33-35
• 2.6.2 胶体在多孔介质中的渗透性35-36
• 2.6.3 胶体的强度36-39
• 2.6.4 胶体材料的热稳定性39-43
• 2.7 本章小结43-44
• 第三章 胶体防灭火机理44-56
• 3.1 胶体灭火的宏观机理44-52
• 3.1.1 降低煤体放热性45-50
• 3.1.2 提高煤的散热性，促进煤温降低50-52
• 3.2 胶体灭火的微观原理52-56
• 3.2.1 减少物理吸附52-53
• 3.2.2 阻止化学吸附和化学反应53-55
• 3.2.3 捕捉自由基55-56
• 第四章 粉煤灰凝胶材料特性的研究56-77
• 4.1 研究内容和技术指标56-57
• 4.1.1 主要研究内容56-57
• 4.1.2 主要技术指标57
• 4.2 总体方案57
• 4.3 粉煤灰凝胶材料的研究57-76
• 4.3.1 原材料的选择57-62
• 4.3.2 粉煤灰凝胶材料配比的确定62-67
• 4.3.3 材料配比与成胶时间关系67-69
• 4.3.4 粉煤灰凝胶材料的阻化性能69-72
• 4.3.5 材料的收缩性考察72-73
• 4.3.6 粉煤灰凝胶材料抗压性分析73-74
• 4.3.7 材料成本对比分析74-76
• 4.4 本章小结76-77
• 第五章 粉煤灰凝胶防灭火技术及参数的研究77-91
• 5.1 井下移动式灌注设备的研制77-83
• 5.1.1 灌注设备的构成及工作原理77-78
• 5.1.2 注浆泵78-80
• 5.1.3 搅拌机80-82
• 5.1.4 计量泵82
• 5.1.5 过滤器82-83
• 5.1.6 混合器83
• 5.2 灌注技术及参数的确定83-85
• 5.2.1 钻孔深度的确定83
• 5.2.2 粘度不变或变化较小浆液扩散半径的计算83-84
• 5.2.3 单孔最小灌浆量的计算84-85
• 5.3 井下工业性实验85-91
• 5.3.1 试验矿井概况85
• 5.3.2 主要试验内容85
• 5.3.3 粉煤灰凝胶材料堵漏试验85-89
• 5.3.4 灌注设备运行状况及性能参数考察89-90
• 5.3.5 改进建议90-91
• 第六章 粉煤灰凝胶防灭火技术在煤矿的应用91-102
• 6.1 矿井概述91
• 6.2 发火原因分析91-92
• 6.3 治理方案92
• 6.3.1 制定原则92
• 6.3.2 组织灭火施工92
• 6.3.3 火区动态监测92
• 6.4 井下注粉煤灰凝胶灭火工艺92-101
• 6.4.1 凝胶材料选择及配比93
• 6.4.2 注胶设备93-96
• 6.4.3 施工准备及步骤96-97
• 6.4.4 单孔注胶量计算97-98
• 6.4.5 井下钻孔布置98
• 6.4.6 井下注胶量计算98
• 6.4.7 实施效果分析98-101
• 6.5 本章小结101-102
• 第七章 结论102-104
• 7.1 主要结论102-103
• 7.2 展望103-104
• 参考文献104-107
• 致谢107-108
• 攻读硕士学位期间发表的论文108

【引证文献】

中国期刊全文数据库 前4条

1 于水军;贾博宇;兀帅东;;无氨复合凝胶的制备及其胶凝特性[J];科技导报;2011年16期

2 邓军;王楠;文虎;陈晓坤;张健;;胶体防灭火材料阻化性能试验研究[J];煤炭科学技术;2011年07期

3 曹志忠;;全区封堵防灭火技术[J];现代矿业;2012年10期

4 于水军;贾博宇;;新型无氨凝胶的制备与胶凝特性研究[J];山东科技大学学报(自然科学版);2012年02期

中国博士学位论文全文数据库 前1条

1 张九零;注惰对封闭火区气体运移规律的影响研究[D];中国矿业大学（北京）;2009年

中国硕士学位论文全文数据库 前2条

1 王希会;受小窑区威胁综采面安全开采技术研究与应用[D];山东科技大学;2011年

2 闫凯;煤矿周边小窑自燃火区治理关键技术的研究与应用[D];太原理工大学;2010年

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本文编号：318449