煤矿井下巷道壁面喷涂材料的制备及试验研究

摘要

煤炭在开采的过程中始终伴随着瓦斯涌出，我国煤矿瓦斯爆炸事故也时有发生，一方面和煤矿管理有很大关系，另一方面由于煤矿井下巷道内的瓦斯涌出极其不均衡，难以准确检测及预测。为了保证煤矿煤炭安全开采进程，目前煤矿企业已基本装备了瓦斯监测系统和通风系统。但是由于煤炭巷道壁面瓦斯涌出浓度极不均匀，现有的甲烷检测装置在煤矿井下复杂环境中监测的数据不够稳定、不够准确，因此为了防止传感器误判错判，监测数据只能作为参考。为保证煤炭开采安全，煤矿一般进行大功率的通风，耗电巨大。
　　本文提出利用一种巷道喷涂材料用来减缓并稳定巷道壁面的瓦斯涌出，为巷道瓦斯的浓度检测提供有利的依据，以保证煤矿的安全生产。而当前煤矿井下所使用喷涂材料基本以水泥或者有机化学材料等为主。其中水泥类喷涂材料容易开裂剥离，效果不理想；有机类阻燃性能差，且使用过程中会有毒害气体释放，价格昂贵，会成为煤矿不小的开支。因此本文利用循环流化床超细粉煤灰作为添加剂代替水泥结合有机乳液制作一种经济实惠的巷道喷涂材料。本文研究重点如下：
　　（1）煤矿井下现场调研
　　通过对潞安集团某煤矿进行详细的实地调研，发现回风巷道瓦斯浓度最高，并且巷道壁面瓦斯的涌出强度极不稳定，完全不便于巷道瓦斯浓度的检测。本文对某回风巷道进行了详细的调研，并得到其地址构造及水文地质等情况的详细资料。
　　（2）循环流化床锅炉超细粉煤灰添加量对巷道喷涂材料的影响实验研究
　　将循环流化床锅炉（简称C F B）超细粉煤灰作为添加料制备瓦斯喷涂材料。通过考察喷涂材料的表观、粘结性、防水性、防静电性、阻燃性等性能选取了较好的喷涂材料配制方法。CFB超细粉煤灰添加量最大为粉料的30％左右可满足喷涂材料各性能标准要求。同时选取CaCl2作为激发剂，对所研制喷涂材料进行了理化性质研究，发现其对CFB超细粉煤灰的活性有明显激发作用，提高了巷道喷涂材料的粘结性。使得喷涂材料中的CFB超细粉煤灰添加量提高至40%。
　　（3）用巷道喷涂材料进行井下巷道喷涂中试实验研究
　　使用研制的具备良好粘结性、防水性、防静电性、阻燃性等功能的瓦斯封堵材料，喷涂至煤矿井下巷道壁面，并布置瓦斯浓度检测点对各面点进行检测得到数据。通过比较分析喷涂前、喷涂过程跟班测试以及喷涂一周后的瓦斯浓度检测数据，发现喷涂后巷道中瓦斯浓度比喷涂前下降率达到了22.26％。巷道喷涂明显降低了巷道壁面的瓦斯的涌出强度，使巷道壁的瓦斯涌出强度相对稳定，便于进一步准确监测矿井巷道瓦斯浓度，对保障工作面安全具有重要意义。
　　（4）提出并设计井下安全生产系统优化新思路
　　巷道壁面瓦斯的涌出受各种因素制约，以至于涌出浓度极不稳定，对巷道内瓦斯的检测也极其不准确。因此本文设计出一套检测瓦斯的新思路。首先，利用巷道喷涂材料对巷道壁面进行喷涂预处理，稳定巷道壁面瓦斯的涌出浓度。同时，设计出一种贴壁式的瓦斯监控装置，其可对无风条件下的瓦斯浓度监测。通过无风条件下的瓦斯浓度与在通风条件下瓦斯浓度的对比，准确检测当前和预测下一时刻井下巷道内瓦斯状态，进而可为井下生产环境的供风提供有益参考依据。最后，使用通风机变频技术，对风机的通风大小进行控制，使得按需通风，最终可起到节约能源和降低消耗的目的。
　　通过上述几项的研究，本文利用CFB超细粉煤灰代替部分水泥制作出巷道喷涂材料，不仅为矿井巷道瓦斯的封堵提供了价廉的材料；而且将CFB超细粉煤灰变废为宝，帮助解决了其堆积对环境的不良影响。最后，同时提供了一种瓦斯检测的新思路，提高煤碳开采的安全性。

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英文摘要

第一章 文献综述与煤矿井下现场调研

1. 1文献综述

1. 2 煤矿井下现场调研

1. 3 问题需求与研究思路

第二章 CFB超细粉煤灰基煤巷道喷涂材料的制备及性能研究

2. 1 实验材料及设备

2. 2 实验方法

2.3 CFB超细粉煤灰添加量对喷涂材料性能的影响

2. 4 激发剂对C FB超细粉煤灰基喷涂材料性能的影响

2. 5喷涂材料的阻燃性实验及分析

2. 6 喷涂材料的抗静电实验及分析

2. 7 本章小结

第三章 井下巷道喷涂材料中试实验

3. 1喷涂设备

3. 2 试验工序

3. 3 封堵效果检测方法

3. 4 结果及分析

3. 5 问题与建议

3. 6 本章小结

第四章 井下安全生产系统优化新思路

4. 1 新思路的概要

4. 2 具体实施方案

4. 3 本章小结

第五章 结论

参考文献

攻读学位期间取得的研究成果

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