新型高聚物阻化剂的阻化效果研究

煤炭自燃会造成资源的浪费和环境污染,是重大灾害之一.采用阻化剂防止煤炭自燃是目前应用最多的技术,但普遍存在阻化效果不稳定、寿命短等不足之处.结合选择阻化剂的基本理论,选择合适的高聚物分子作为阻化剂,并以水玻璃、表面活性剂等为添加剂.通过程序升温氧化实验、阻化性实验和堵漏风性能实验等多方面验证:在煤体表面喷洒这种新型的阻化剂能使煤粒相互粘结,最后能在煤层表面形成一定厚度和一定强度的固化层,覆盖在煤表面,阻缓氧气进入煤体,提高了对煤炭的阻化效果,并且在高温条件下性能稳定,不会发生氧化.     

吸湿性新型煤堆抑尘阻化剂的实验研究

煤堆自燃和煤堆扬尘会带来很大的灾害,目前主要采用喷洒药剂防止煤堆自燃和扬尘.现有的抑尘阻化剂普遍存在抑尘阻化效果不稳定、寿命短等不足.通过阻化性实验、成膜性实验、抗风吹能力测定实验研制出一种抑尘阻化剂.该抑尘阻化剂具有很好的阻化效果,阻化率能达到90%以上,通过抗风吹能力测定实验可知,喷洒该抑尘阻化剂后,煤粒能抵御20 m/s的风吹,抑尘效果好.该抑尘阻化剂无毒、无害,成本低,材料来源广,具有良好的应用前景.     

矸石山自燃阻化剂的阻化机理研究

为了防治矸石山的自燃和改善矿区环境质量,揭示和研究矸石山煤矸石自燃阻化剂的阻化作用机理,寻求高效的煤矸石山自燃阻化剂,通过在煤矸石中添加各类自燃阻化剂,在柱箱中进行空气氧化程序升温实验,并利用气相色谱仪对不同氧化温度下分离出的气体中O2,CO,CO2以及各种烃类组分的含量进行分析,研究其自燃发生、发展的规律,从而为研究矸石山煤矸石的自燃阻化提供理论依据。实验研究表明,带有吸附基团的高聚物和表面活性剂组成的聚合物乳液对煤矸石自燃具有较好的阻化作用。该研究成果对矸石山煤矸石自燃治理具有一定的指导意义。     

添加协效剂的灵石煤自燃阻化剂的研究

为了防止煤的自燃,采用双氧水氧化升温实验,对灵石肥煤在不同阻化剂下的阻化效果进行了研究。利用阻化时间变化率判定阻化效果。结果表明,添加氧化铝厂赤泥作为协效物质的协效阻化剂有效抑制了煤样的氧化升温,提高了阻化效果,阻化时间变化率达50.78%,为灵石肥煤最佳新型协效阻化剂。新型阻化剂原料廉价易得、反应条件温和、制备过程简单、环境友好,且实现了尾矿废渣的综合利用。     

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。     

硫化矿石自燃阻化剂优选试验研究

为防治硫化矿自燃并改善矿区环境质量,得到高效硫化矿自燃阻化剂配方,通过优化组合试验筛选水玻璃(Na2SiO3·9H2O)和高倍吸水剂(聚丙烯酸钠)2种阻化剂基料.室内试验条件下,向冬瓜山铜矿的硫铁精矿矿样中分别添加不同配方的阻化剂,并采用氧化增重法测得各配方的阻化率.结果表明,硫铁精矿的适宜阻化剂为水玻璃.本文得到了对硫铁精矿具有良好阻化效果的阻化剂配方,其研究方法对硫化矿石自燃的防治具有指导意义.     

DDS系列煤炭自燃阻化剂实验研究

为寻找高效阻化剂以防止煤炭自热引燃，在控温炉中对ＤＤＳ系列煤自燃阻化剂的阻化效果进行了实验研究，并与经前的阻化剂做了比较。实验采用烟煤作为试样，借助于著名的Ｆｒａｎｋ－Ｋａｍｅｎｅｔｓｋｉｉ模型，利用４，６，８和１０厘米立方体阻化煤磁地６０－２２０℃温度范围估测其氧化反应的活化能。     

氯盐阻化剂对煤自燃极限参数影响的试验研究

阻化技术是防治煤自燃的常用技术之一,研究阻化剂对煤自燃极限参数的影响是确定阻化效果的关键.采用程序升温试验,分析气煤和长焰煤的原煤样和经MgCl2、KCl、CaCl2、NaCl 4种阻化剂处理后的煤样耗氧速率和放热强度,并计算自燃极限参数和阻化率.结果表明:氯盐阻化剂可降低煤自燃低温阶段的煤耗氧速率和放热强度;4种阻化剂中对气煤煤样的平均阻化率最高是MgCl2 (63.6％),对长焰煤则是CaCl2 (45.9％),平均阻化率与自燃极限参数变化率呈正相关;气煤经MgCl2处理后自燃极限参数变化率最大,长焰煤经CaCl2阻化处理后的自燃极限参数变化率最大,对于气煤4种阻化剂阻化能力由大到小为MgCl2 KCl、CaCl2、NaCl,对长焰煤则为CaCl2、MgCl2、KCl、NaCl;氯盐阻化剂中MgCl2对气煤自燃极限参数影响最大,阻化效果好,而对长焰煤则为CaCl2.     

氧化煤阻化性能的FTIR研究

氧化煤低温自燃会威胁矿井生产和工人生命安全,因此必须对煤自燃的阻燃效果进行研究。在程序升温-气相色谱实验中得到煤自燃氧化过程的产出物,用CO浓度判断氧化煤自燃程度,再比较阻化剂的阻化能力并计算阻化率;利用FTIR绘制特征吸收峰,从微观结构研究阻化机理。实验结果表明:煤自燃的阻燃效果受阻化剂种类和浓度的影响,磷酸三钠阻化效果与其添加浓度呈正相关关系,20%甲基膦酸二甲酯阻化率最高为32.6%,10%磷酸三钠阻化率最低为5.1%;煤分子结构中脂肪烃数量的降低,引起气态烯烃与烷烃产生,从160℃后C-O键开始裂解破坏,导致CO含量剧烈上升,阻化剂的加入能抑制CO的产生,减缓煤氧化速度。     

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.     

正交实验法优选煤炭自燃凝胶阻化剂及其应用

煤炭自燃不仅造成巨大的能源损失，也是重大的灾害，为减少采空区煤炭自燃，研制了新型的凝胶阻化剂。本文选用了合适的阻化剂的基料，通过比较不同促凝剂和基料的成胶时间，最终选用碳酸氢铵作为该凝胶阻化剂的促凝剂。采用正交实验设计的方法，通过对实验结果的正交分析，确定了阻化剂的最终配方。实际应用表明该凝胶阻化剂能有效的防灭火，并且成本低廉。     

新型灌浆添加剂的研究与开发

矿井火灾是煤矿的重大灾害之一 ,在我国造成了严重的经济损失和人员伤亡。黄泥灌浆是防止煤矿自然发火应用最广泛的技术之一 ,但存在着泥浆脱水性差、阻化效果不稳定、与民争地等不足之处。因此 ,笔者提出了一种新的改进方法 ,利用阻化剂技术 ,开展了灌浆添加剂的开发和研究工作 ,最终研制成功了以吸湿性无机盐为基料 ,以多种功能表面活性剂为辅料的新型灌浆添加剂。通过阻化实验、保水实验和堵漏风性能实验表明 :在泥浆中添加少量的该灌浆添加剂 ,可大幅度提高泥浆的阻化效果和保湿性能 ;而当泥浆中的添加剂浓度仅为 5 %时 ,泥浆的阻化率可达到 80 %以上。同时 ,含有该添加剂的泥浆 ,其堵漏风性能并无明显降低。     

电厂烟气对采空区防火效果实验研究

为考察电厂烟气对采空区防灭火效果的影响,采用吸附实验装置和热重分析仪开展了不同气体氛围下煤吸附O2的实验研究,研究了不同气氛下煤的着火活化能。结果表明:将惰性气体N2和烟气注入井下,均可有效地减小常温常压下煤对氧气的吸附量,即具有抑制煤自燃氧化反应的作用。其中,烟气对减小煤吸附氧气量的效果优于N2,使同忻矿和高海矿煤样吸附氧气量分别减少了27%和35%。TG实验数据表明,煤样在烟气氛围下燃烧时低温氧化阶段的增重率略小于在空气氛围下燃烧时的增重率,而其着火点大于在空气氛围下燃烧时的着火点。同时,发现煤样在烟气中燃烧时的着火活化能大于在空气中燃烧时的着火活化能,说明煤在烟气氛围下燃烧时对O2的吸附量变小,活化能增大,增加了煤自燃的困难程度。     

Experimental research on inhibition performances of the sand-suspended colloid for coal spontaneous combustion

Serious mine fire disasters have occurred in Northwest China where there are abundant coal resources. For the shortage of water and loess, a large cost of conventional grouting slurry is needed. However, plenty of sand and fly ash resources have been found there. In order to improve the quality of sand injection and reduce the wastage of water during grouting, a kind of new compound material of sand-suspended colloid, which is composed of mineral inorganic gel and organic polymer, was developed in this paper. And the inhibition performance experiments of the sand-suspended colloid were carried out. The results show that the sand-suspended colloid efficaciously affected the oxidation characteristics above the critical temperature during the acceleration oxidation of the lignite and fat-gas coal samples and restrained the oxidation course by increasing the activation energy, so that it reduced the contents of CO and C₂H₄ and depressed the oxidation rate during the coal spontaneous combustion, and finally inhibited the coal spontaneous combustion.     

煤氧化阻化过程中的热特性研究

化学阻燃剂通过化学作用破坏或降低煤分子中活化能较低易被氧化的活性基团,使煤自燃链式反应中断难以达到自燃。为研究煤氧化阻化过程中的热特性变化,通过煤的热重实验,从微观角度研究了次磷酸盐在煤自燃氧化过程中对其表面官能团的影响,分析了阻化剂添加前后的热特性曲线和特征温度,研究了不同升温速率及不同粒径下阻化煤样的热特性变化规律。结果显示:随升温速率的增大和煤样粒径的减小,热特性曲线及特征温度均出现向后推移,特征温度出现不同程度的升高。     

水溶剂效应对煤氧化特性的影响

水既可以隔绝空气,又可以吸热降温,是防火、灭火的绝好材料。但经过大量的煤矿现场应用及实验研究发现:很多情况下,注水不仅不能预防煤炭自燃灾害,反而易于灾害发生。为了揭示煤矿井下注水易引起煤自燃的原因,应用Gaussian09程序,采用含时密度泛函理论（TD-DFT）,在B3LYP/6-31G (d,p)水平上,分析水溶剂效应对煤氧化特性的影响。由计算结果可知:煤各模型的HOMO与O2的LUMO对称性相同,且能级差均小于0.4 eV,符合前线轨道理论提出的反应条件,所以煤HOMO轨道的电子将流向O2未占据的LUMO轨道,从而发生氧化反应,氧化反应剧烈时将引起煤炭自燃;当煤浸泡在水中,煤分子与水分子间将产生静电相互作用,氢键及孔洞能等相互作用,这些相互作用影响了煤分子的核外电子排布,改变了煤的前线轨道能级,煤各模型的HOMO与O2的LUMO能级差比在气相中更小,因此,被水浸泡的煤更容易发生氧化自燃。     

易自燃厚煤层工作面自然发火CO预测及防治

为了有效预防遗煤自燃,深入研究自然发火初期的CO预测技术。基于回风隅角CO源的理论模型,以Gambit建立相似二维采场模型,数值模拟了采空区自燃“三带”范围,并采用现场束管监测手段对结果进行了验证。利用程序升温实验获得了不同温度段回风隅角CO的极限指标,并与现场实测值对比分析,进而预判采空区遗煤发火程度,为制定有针对性的防治措施提供理论指导。研究结果表明:CO作为低温氧化阶段预测指标对预防遗煤自燃具有重要作用。     

吸水性还原性材料对煤自燃影响的实验研究

为了解决吸水性盐和还原性材料仅依靠其单一特性抑制煤自燃而抑制效果并不理想的问题,提出了利用羟甲基磺酸钠的吸水性和还原性来抑制煤自燃。将原煤-20%羟甲基磺酸钠通过对比原煤、原煤-20%MgCl2和原煤-20%VC,利用程序升温实验和FTIR测试来研究其抑制煤自燃的效果。研究结果表明:3种溶液处理煤均在一定程度上抑制了煤自燃,其中,20%羟甲基磺酸钠溶液对抑制煤低温氧化的效果最好,经过其处理的煤样表观活化能最大,同时,依靠其还原性很好地保护了煤中的亚甲基和羟基不被破坏,抑制煤自燃效果明显优于20%MgCl2溶液和20%VC溶液。