超高水材料用作煤炭阻燃剂的研究

发布时间：2020-11-13 01:30

　　 超高水材料作为一种性能良好的采空区充填材料,已在多次实践中被证明,并且其在防灭火方面具有很大潜力。为了研究超高水材料的阻燃、灭火特性,促使其更好地应用推广于矿井防灭火领域,本文对超高水材料的基本性能以及防灭火性能进行了研究。首先分析并实验了超高水材料的基本性能,包括凝结时间、黏度、渗透性以及热稳定性。凝结实验结果表明,水灰比和温度对超高水材料的凝结时间都有较大影响,水温越低、水灰比越大,材料凝结时间越长。黏度实验结果表明,超高水材料的黏度在凝结之前一直保持在较低水平,之后其黏度会出现骤增,且材料水灰比越大,出现骤增的时间越迟。渗透试验结果表明,超高水材料水灰比越大,于煤层中渗透性越好。稳定性实验结果表明,超高水材料在60℃低风速环境中具有良好的保水性能,且水灰比越小,保水性能越好。其次,选用昭通褐煤、小龙潭褐煤、伊犁长焰煤以及大同弱黏煤为研究对象,开展不同条件下的超高水材料预防煤自燃氧化升温过程的实验研究,分别得到实验过程中指标气体浓度、CO产生速率、耗氧速率以及CO抑制率随氧化煤温的变化规律,实验发现,在煤氧化升温实验过程中,不同质量和不同水灰比的超高水材料在一定温度范围内(180℃)对四种煤样都具有阻燃效果,且材料质量越大、水灰比越小,其阻燃效果越好。同样选用上述四种煤样作为研究对象,通过这四种低阶煤经不同条件下的超高水材料处理后,在160℃恒温条件下的CO逸出规律以及CO峰值抑制率,探究煤样特性与超高水材料阻燃性能之间的关系。结果表明,超高水材料对所研究的低阶煤均有显著阻燃效果,其中尤以对昭通褐煤的阻燃效果最好。水灰比为20:1时,材料对褐煤和长焰煤的抑制效果最好;对于弱黏煤,材料对其抑制效果随着水灰比的增加而减弱。在高水灰比(15:1)的条件下,煤样煤阶越低,材料对其的抑制作用越强。与单纯用水作阻燃灭火材料相比,即使超高水材料的水灰比高达30:1,其阻燃效果依然显著。正交试验结果分析知,质量比和煤阶都是影响材料阻燃性能的显著条件,且超高水材料最优条件参数组合为20:1、3:1。综上所述,超高水材料是一种理想的煤炭矿井阻燃灭火剂,具有良好的应用前景。
【学位单位】：中国矿业大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TQ314.248
【部分图文】：

图 1-1 技术路线Figure 1-1 Technology route1.5 研究创新点(Research Innovations)1.系统地研究了超高水材料的防灭火性能。2.首次利用恒温氧化试验，探究超高水材料的阻燃效果与煤样特性之间的关系规律。

3 煤自燃氧化升温过程的实验研究水分基本蒸发殆尽，风化现象开始从表面向内部发展，且游离水受热膨无数微小空隙。由于钙矾石在 80℃之后会逐渐转变为无定型结构，因晶水的丢失，超高水材料开始逐渐崩解，体积不断收缩且在表面出现细内部水分完全失去后，体积停止收缩且质量保持不变，如图 3-6 所示。
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本文编号：2881534