超高水材料用作煤炭阻燃剂的研究

摘要

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。

目录

声明

致谢

变量注释表

1 绪论

1.1研究背景及意义

1.2国内外研究现状

1.2.1 煤的自燃相关理论研究

1.2.1 煤的自燃过程相关研究

1.2.2 煤层防灭火材料研究现状

1.3超高水材料介绍

1.3.1 超高水材料研究现状

1.3.2 超高水材料形成机理

1.3.3 超高水材料阻燃防灭火机理

1.4研究目标以及技术路线

1.4.1 研究目标

1.4.2 技术路线

1.5研究创新点

2 超高水材料基本性能研究

2.1引言

2.2凝结时间

2.2.1 凝结时间的测量

2.2.2 温度对凝结时间的影响

2.3超高水材料黏度分析

2.3.1 实验方法

2.3.2 实验结果及分析

2.4超高水材料渗透性能研究

2.4.1 实验方法

2.4.2 实验结果及分析

2.5超高水材料热稳定性研究

2.5.1 实验方法

2.5.2 实验结果及分析

2.6本章小结

3 煤自燃氧化升温过程的实验研究

3.1 引言

3.2实验原理和装置

3.2.1 实验原理

3.2.2 实验装置

3.3实验方法

3.3.1 实验煤样的分析与制备

3.3.2 实验流程和步骤

3.4原煤升温实验结果与分析

3.4.1 不同煤阶煤样升温氧化实验结果

3.4.2 煤自燃氧化程序升温实验过程特性参数分析

3.5 超高水材料预防煤自燃氧化升温实验结果与分析

3.5.1 材料质量比对阻燃性能的影响

3.5.2 材料水灰比对阻燃性能的影响

3.6超高水材料阻燃效果与煤样之间的关系初探

3.6.1 CO产生率差值

3.6.2 CO抑制率

3.7本章小结

4 煤自燃氧化恒温过程的实验研究

4.1引言

4.2实验原理和装置

4.2.1 实验原理

4.2.2 实验装置

4.2.3 实验煤样制备

4.2.4 实验流程

4.3原煤恒温实验结果与分析

4.4超高水材料预防煤自燃氧化恒温实验结果与分析

4.4.1 材料与煤样质量比对阻燃效果的影响

4.4.2 材料水灰比对阻燃效果的影响

4.4.3 综合比较质量比与水灰比对材料阻燃效果的影响

4.4.4 煤样特性对超高水材料阻燃性能的影响

4.5正交试验结果分析

4.5.1 极差分析

4.5.2 方差分析

4.6本章小结

5 结论与展望

5.1 结论

5.2 展望

参考文献

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