凝胶泡沫防灭火材料研制及防灭火性能的实验研究

摘要

矿井火灾是煤矿的主要自然灾害之一，煤炭自燃是矿井火灾的主要形式。国内外广泛采用灌浆、喷洒阻化剂、注惰气以及新开发的凝胶等技术防治煤炭自燃。这些技术在单独使用时会有覆盖面积小、流动性差、封堵性差等不足，以及对于远距离采空区的高位空间着火尚未起到良好灭火效果的缺陷。因此，近年来各国学者纷纷开展复合式防灭火技术研究。其中凝胶泡沫防灭火材料结合了凝胶和泡沫各自的优点，形成的凝胶泡沫因其保留了三相泡沫流动性好和扩散范围广的良好防灭火性能，同时又具备凝胶良好的粘结性和封堵性能备受关注。
　　本论文所述凝胶泡沫是由气体均匀分散在凝胶中的分散体系，主要由发泡剂、合成的吸水凝胶稳泡剂组成。论文采用Warning-Blender法对常用不同发泡剂发泡性能进行对比，筛选出用量少、发泡效果较好的发泡剂，将筛选出的单一发泡剂通过改变不同发泡剂的比例从而进行两两复配实验，最终确定了发泡倍数高、稳定时间长、耐盐性能好的复配发泡剂体系，作为凝胶泡沫发泡剂。采用溶液聚合法，以淀粉、丙烯酸盐和膨润土为原料，确定淀粉/丙烯酸配比、交联剂浓度、引发剂浓度为变化因素，通过正交试验，合成了吸水性能较好的高吸水凝胶稳泡剂，采用红外光谱法对合成材料结构进行表征，采用热重分析仪对合成材料热稳定性进行验证。将合成凝胶材料与前面所复配合成的发泡剂混合，优化各配比，合成煤矿用凝胶泡沫防灭火材料。
　　通过凝胶泡沫对不同煤种的润湿性能实验表明，凝胶泡沫对不同煤种有不同的润湿性，但都强于清水对煤体的润湿性，这说明凝胶泡沫体系能在煤的表面能有效润湿，在煤的表面形成覆盖膜，起到了隔氧阻化作用，有效的防治煤的自燃。根据凝胶泡沫对煤的阻化实验表明，凝胶泡沫具有很好的阻化性能，能有效的抑制煤的氧化和CO的释放并且能很好的减缓煤温的升温速率。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 问题的提出与意义

1．2 国内外研究现状

1．3 砑究目标、内容和拟解决的关键问题

1．4 研究方法和技术路线图

2 凝胶泡沫形成机理及基本特性分析

2．1 凝胶防灭火材料防灭火机理及其介绍

2．2 泡沫的基本性质

2．3 凝胶泡沫组成及特点

2．4 本章小结

3 凝胶泡沫防灭火材料研制

3．1 实验仪器简介

3．2 凝胶泡沫发泡剂选取及复配实验

3．3 凝胶泡沫凝胶稳泡剂合成实验研究

3．4 本章小结

4 凝胶泡沫防灭火材料润湿性能测定实验

4．1 凝胶泡沫防灭火材料在煤表面润湿过程

4．2 煤润温性的测定方法

4．3 接触角大小与煤润湿性关系

4．4 凝胶泡沫防灭火材料润湿性能实验

4．5 本章小结

5 凝胶泡沫防灭火材料阻化性能实验

5．1 煤炭氧化的化学动力学基础理论分析

5．2 凝胶泡沫防治煤炭自燃机理

5．3 凝胶泡沫防灭火材料对煤阻化特性实验

5．4 本章小结

6 主要结论及展望

6．1 主要结论

6．2 论文创新点

6．3 研究展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间主要成果