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煤矿井下充填堵漏泡沫材料的研制及应用

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1 绪论

1.1 问题的提出(Propose the Problems)

1.2 国内外研究现状(Current Research Status in Domestic and Abroad)

1.3 研究目标与主要内容(Targets and Contents of the Research)

1.4 技术路线及技术手段(Routes and Means)

2煤矿井下充填发泡树脂合成及固化机理

2.1 常温可发性树脂合成原理(Synthesis Principle of Foamable Phenolic Resin at Room Temperature)

2.2树脂固化及发泡原理(Theory of Foam and Curing for Phenolic Resin )

2.3可发性树脂性能指标及影响因素分析(Performance and Effect Factors Analysis of the Foamable Resin)

2.4充填泡沫材料固化性能指标及影响因素分析(Performance and Effect Factors Analysis of the Filling Foam Materials)

2.5 本章小结(Summary of this Chapter)

3低游离醛常温发泡树脂合成

3.1 试验方案设计(Design of Experiment)

3.2正交试验结果及分析(Test Result and Analysis of Orthogonal Test)

3.3 可发性树脂最佳反应条件的确定( the Optimum Reaction Conditions)

3.4低甲醛高活性树脂优化实验(Resin-modified Optimization)

3.5 本章小结(Summary of this Chapter)

4充填堵漏风泡沫制备及改性研究

4.1泡沫制备实验(Experiment of Foam Prepared)

4.2 酸固化剂对泡沫性能影响(Effect of Acid Curing Agent on Foam Properties)

4.3 发泡剂对泡沫性能的影响(Influence of Foaming Agent on Foam Properties)

4.4表面活性剂对泡沫性能影响(Influence of Surfactant on Foam Properties)

4.5 乙二醇对泡沫增韧性能( Influence of Ethylene Glycol on Foam Properties)

4.6 阻燃剂对泡沫性能影响(Influnence of Flame Retardants on Foam Properties)

4.7 本章小结(Summary of this Chapter)

5充填堵漏泡沫材料现场应用

5.1 充填工艺(Filling Technology)

5.2充填堵漏泡沫在井下不同地点的应用(Application Progress of Filling Foam in Different Areas)

5.3“减氧降温”型高效快速灭火技术及应用( Theory and Application of Efficient Fire Prevention Technology)

5.4本章小结(Chapter Summary)

6 全文总结6 Conclusions

6.1 主要结论(Main Conclusions)

6.2 本论文主要创新点(Innovative Points)

6.3 今后研究工作的展望(Suggestion on Future Work)

参考文献

作者简历

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摘要

煤炭自燃是矿井开采过程中的主要灾害之一,控制漏风是预防煤自燃的关键技术手段。建筑保温泡沫因原料简单、发泡倍数高、密封效果好,近年来在煤矿井下广泛使用。然而,有机泡沫在井下应用中呈现出很多问题,如快速密闭用聚氨酯泡沫成本高、产热量大、易燃、易收缩,堵漏风泡沫脆性大、游离醛含量高等。本文针对现有煤矿井下用有机固化泡沫的不足,研制了一种新型的煤矿井下用充填堵漏风泡沫,该泡沫具有游离甲醛含量低、密闭性好、抗压强度高、阻燃性好、密度低等优点。
  本文运用正交试验方法,考察了反应时间、反应温度、物料配比和催化剂量对合成树脂性能影响的显著性。在此基础上,采用单因素实验法研究了各显著因素对树脂性能的影响规律,找出各反应因素的最佳条件。最后,进行了添加复合催化剂和尿素的方式降低树脂游离甲醛的优化实验。结果表明,F/P为1.6,反应温度75℃,反应时间180分钟,复合催化剂0.05mol,尿素添加量3g时,制得的树脂性能最优。
  为优化树脂的固化体系,论文研究了不同固化剂、表面活性剂、起泡剂等对泡沫固化行为、力学性能和产热特性的影响规律,找出了最优的助剂配比及用量,揭示了固化剂和表面活性剂对泡沫的作用机理,并探讨了树脂的成泡和固化原理。
  针对充填泡沫脆性大的问题,采用添加乙二醇对泡沫进行增韧改性,研究了不同含量的乙二醇对充填泡沫的基本性能、力学特性、燃烧性能的影响规律,揭示了乙二醇的增韧机理。研究表明,乙二醇添加量为6%时,泡沫体性能最优。
  为改善泡沫的阻燃和抗燃烧能力,研究了单一和复合阻燃剂对泡沫的阻燃作用。研究发现,TCPP与EG有很好的协同阻燃作用,当TCPP与EG添加质量比为1,添加量为2%时,阻燃和抗燃烧性能突出;阻燃泡沫氧指数37,有焰燃烧时间0s,无焰燃烧时间3s,火焰扩展长度10mm。
  最后,对研制的堵漏风泡沫进行了现场应用。井下的工程实践表明,新型堵漏风泡沫密闭效果好、安全可靠,适用于高冒区、采空区、上下隅角等地点快速充填,极具广泛的应用前景。

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