防治煤矿火灾的凝胶泡沫材料制备及其性能研究*

为解决纯水玻璃（WG）凝胶泡沫强度低、泡沫稳定性差易破碎,凝胶固水性差等问题。将保水剂和成膜剂引入WG凝胶泡沫中,对水玻璃凝胶泡沫进行优化设计,最终制备出保水性高、泡沫稳定性高、成膜性好的WG凝胶泡沫。研究结果表明:WG凝胶泡沫材料的最佳复配体系是发泡剂为十二烷基醇醚硫酸酯钠（AES）和十二烷基硫酸钠(SDS)按1∶2比例复配,浓度为0.8%,胶凝剂WG浓度为8%,交联剂NaHCO3浓度为2%,聚丙烯酰胺浓度为0.4%,成膜剂A浓度为1%,保水剂B浓度为0.3%;改性后WG凝胶泡沫具有更加紧密的网状结构,稳定性好,并且具有较好的成膜性,常温下半衰期达40 d;阻化实验表明,100 ℃此凝胶泡沫阻化率高达78.35%,能有效减缓煤的氧化放热速率抑制自燃;煤堆燃烧实验表明,改性后WG凝胶泡沫能有效抑制煤的燃烧,防止煤复燃。     

一种凝胶泡沫及其对硫化矿石自燃的阻化性能研究

针对目前常用的防治高硫矿石自燃的阻化剂存在的不足,开发一种以水玻璃为基料的凝胶泡沫阻化剂来预防硫化矿石自燃的新方法。采用四因素三水平正交试验、凝胶时间试验和氧化增重对比阻化试验,研究凝胶泡沫阻化剂的配方、配比及其对硫化矿石自燃的阻化效果。结果表明,凝胶泡沫阻化剂的最佳配方为:发泡剂为月桂酸钠和十二烷基硫酸钠(SDS)按2∶3比例复配,质量分数为0.6%;稳泡剂为羧甲基纤维素钠(CMC-Na),质量分数为0.1%;凝胶剂水玻璃质量分数为10%;交联剂碳酸氢钠质量分数为2%;该配方形成的阻化剂对硫化矿石自燃的平均阻化率为86%。     

聚乙酸乙烯酯乳液复合阻化剂阻燃煤的试验研究

为探究高分子材料复合阻化剂的阻化性能,制备聚乙酸乙烯酯乳液,分别与氯化镁(Mg Cl2)、抗坏血酸、镁铝层状双氢氧化物(Mg/Al-LDHs)复配,制成3种乳液复合阻化剂,并以清水和MgCl2水溶液作为对比阻化剂,分别处理煤样;采用程序升温氧化试验装置对煤样完成程序升温氧化试验,对比分析乳液复合阻化剂与对比阻化剂的阻化效果。结果表明:MgCl2乳液复合阻化剂的阻化效果优于Mg Cl2水溶液阻化剂;乳液复合阻化剂处理后的煤样,阻化率和活化能都有所提高;Mg/Al-LDHs乳液阻化效果最优。     

一种新型泡沫凝胶成胶时间及灭火特性的实验研究

为研究新型无氨泡沫凝胶的胶凝特性和灭火特点,采用倾斜试管法分别测试了不同反应物浓度、温度、pH值和发泡剂浓度等参数对新型泡沫凝胶成胶时间的影响,同时通过灭火实验对泡沫凝胶的消防特性进行了研究。结果显示：当水玻璃与促凝剂的质量比在1．33—4．0时材料成胶时间满足煤矿灭火要求;pH值在6．9—8．5时成胶最快;成胶时间随温度升高而减小;发泡剂浓度对成胶时间影响不大;泡沫凝胶灭火效果良好且有效延长了复燃周期。因此泡沫凝胶在矿井消防中有很强的实用价值,并且可通过限制反应物浓度、pH值、温度等参数,更高效的控制成胶时间。     

聚丙烯酰胺聚合物互穿网络凝胶在透明防火玻璃中的应用*

为提高聚丙烯酰胺类透明凝胶材料的耐候性能,分别将丙烯酰胺与聚乙二醇2000、丙烯酸、甲基丙烯酸3种聚合物复配,构建聚合物互穿网络体系,然后与交联剂、阻燃剂和引发剂等共混制备透明防火凝胶并应用于灌浆型防火玻璃。研究结果表明:聚合物互穿网络结构能增强透明防火凝胶的热稳定性、耐火性和耐候性,但略微降低了凝胶体系透光率;3种聚合物互穿网络体系透明防火凝胶的综合性能排序为:聚丙烯酰胺-聚乙二醇2000体系＞聚丙烯酰胺-甲基丙烯酸共聚物＞聚丙烯酰胺-丙烯酸共聚物;相比于聚丙烯酰胺凝胶防火玻璃,聚丙烯酰胺-聚乙二醇2000互穿网络凝胶防火玻璃经50 kW/m2辐射功率加热3 600 s后,背面平衡温度降低约39.0%。研究结果拟为高性能阻燃透明防火玻璃的制备和应用提供理论参考和技术借鉴。     

厚度效应对含瓦斯复合煤岩体力学特性及破坏形式的影响

为了解厚度效应对复合煤岩体的影响,考虑了瓦斯及顶底部砂岩的作用,通过改变原煤与顶底部砂岩的厚度配比,运用含瓦斯煤热流固耦合三轴伺服渗流试验装置,研究了厚度效应对复合煤岩体的力学特性及破坏形式的影响。结果表明,复合煤岩体的三轴应力应变曲线与全煤样有很好的一致性,其三轴抗压强度较原煤有一定程度的增强;顶部砂岩与原煤厚度比落入1.00~1.20极值区间的复合煤岩体,易出现三轴抗压强度极值,且远离极值厚度比的三轴抗压强度均有不同程度下降;当厚度比接近1.00时,易出现峰值体积应变。当体积应变接近时,厚度比落入极值区间内的煤岩体强度较大。复合煤岩体的破坏以单斜面剪切破坏为主,且大部分为非完全破坏;中部原煤会产生多种形式的破坏,厚度比落入极值区间内的复合煤岩体,其煤体破坏以单斜面裂隙或垂直裂隙形式破坏,且三轴抗压强度要高于其他裂隙形式破坏。     

常压制备TiO_2-SiO_2复合气凝胶的光催化性能正交分析

选择4因素3水平的L9(34)正交试验,以水玻璃和四氯化钛为原料,采用溶胶-凝胶法和常压环境干燥制备了TiO_2-SiO_2复合气凝胶,甲基橙溶液模拟染料废水,在紫外光下分析正交实验因素对甲基橙的降解影响,并对TiO_2-SiO_2复合气凝胶的形貌、表面基团、疏水性进行了表征。实验结果表明,影响降解率的主要因素为烧结温度,其次是烧结时间,硅含量和硅钛比的影响相对较小。并得到最佳制备工艺条件:硅质量分数为10%、硅钛物质的量比为1 5、经500℃热处理2 h后形成的复合气凝胶催化降解效果最优,270 min降解率达到99. 72%。     

浸水褐煤的自燃特性及红外分析

为防治采空区遗煤浸水后引发的自燃火灾,制备褐煤原煤及浸水煤煤样,进行程序升温试验,测试煤样的傅里叶变换红外(FT-IR)光谱,并通过分区拟合分析浸水对煤分子结构的影响。结果表明:浸水煤的失水结束点温度、着火温度和最大失重速率点温度较原煤均有不同程度的提前,着火活化能降低了11. 2%,说明浸水煤更容易发生自燃;浸水后煤中烷基醚、芳基醚、亚甲基以及自缔合羟基氢键等基团含量升高,导致煤体活性增强。     

水泥基泡沫形成机理及抑制煤堆自燃试验研究

煤炭开采面临煤自然发火等灾害的严重威胁,在分析现有防灭火技术特征的基础上,制备了1种水泥基泡沫材料。探讨了水泥基泡沫形成机理,包括水基泡沫与浆液扰流混合发泡,表面活性剂增加颗粒疏水性及颗粒稳定泡沫液膜,液膜中水泥、粉煤灰颗粒水化反应及促凝剂加速凝结固化。搭建了小型抑制煤堆自燃试验平台,开展了煤堆自燃温升变化及黄泥浆、无机凝胶、阻化泡沫、水泥基泡沫等防灭火介质降温效果试验,结果表明:水泥基泡沫具有向上堆积的能力,能对高温煤颗粒进行覆盖、包裹,并具有较好的热稳定性,总体降温性能最佳;压注后,监测时间0~900 s内,径向距离为0.1,0.2,0.3,0.4,0.5 m处温度分别从376.98,376.00,374.38,372.14,369.27 ℃下降到21,26,29,35,42 ℃。     

煤氧化和阻化机理的红外光谱法研究

利用红外光谱法分析煤氧化和阻化的微观结构变化特征,对研究煤低温氧化和阻化机理有重要意义.采用TENSOR37傅里叶变换红外光谱仪,通过对阳泉无烟煤氧化和阻化的红外光谱图的分析.研究阳泉无烟煤在添加化学阻化剂前后煤分子结构的变化特征.结果表明:红外光谱图中位于高波数的羟基(-OH)吸收峰较弱,吸光度只有0.086～0.122.在加入吸水盐类阻化剂(MgCl2)后,吸光度约为原煤样的1.5倍,谱峰明显加强;在阻化前的低温氧化过程中,酚、醇、醚、酯的C-O吸光度由0.309降到0.207,甲基(-CH3)、亚甲基(-CH2-)的吸光度分别由0.027、0.019、0.042和0.056降到0.012、0.010、0.031和0.047,吸收峰强度逐渐减弱,芳烃C-H吸光度分别由0.031和0.040升高到0.077和0.087;在阻化后的低温氧化过程中,C-O含量基本不变,甲基、亚甲基的吸光度分别由0.017、0.011、0.034和0.040降到0.012、0.009、0.031和0.038,吸收峰减弱的速度明显降低,芳烃C-H的变化并不大.研究表明:在高变质阳泉煤中,含氧官能团和脂肪侧链的含量很低,在低温氧化过程中,很容易被氧化;吸水盐类阻化剂MgCl2可以通过与煤分子间发生取代和络合等作用,增加煤分子的稳定性,提高煤分子氧化的活化能,降低煤的氧化速率.