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煤制油气化灰渣防灭火凝胶的制备及性能

材料导报 2024年第3期38卷 251-257页

作者：张铎孙伟郭曦蔓岑孝鑫代爱萍西安科技大学安全科学与工程学院西安710054 西安科技大学化学与化工学院西安710054

针对煤制油气化灰渣堆积造成环境污染和固废资源浪费等问题,本研究提出以气化灰渣为基料、羟丙基甲基纤维素(HPMC)为胶凝剂,制备气化灰渣凝胶煤矿防灭火材料,使用扫描电镜和傅里叶红外光谱仪分析其微观形貌与表面官能团特征。考察了材... 详细信息

针对煤制油气化灰渣堆积造成环境污染和固废资源浪费等问题,本研究提出以气化灰渣为基料、羟丙基甲基纤维素(HPMC)为胶凝剂,制备气化灰渣凝胶煤矿防灭火材料,使用扫描电镜和傅里叶红外光谱仪分析其微观形貌与表面官能团特征。考察了材料的胶凝时间、热稳定性及保水性,确定了气化渣凝胶最优配方为水灰比1∶1.25、HPMC添加量1.5%(质量分数)。该凝胶较好抑制了煤自燃过程中羟基、甲基、亚甲基、取代芳烃、醚碳氧键等官能团反应,与未经凝胶处理的煤样相比,经凝胶处理的煤样在80℃时芳香烃峰面积减小11.85%,脂肪烃峰面积减小43.07%,120℃时芳香烃峰面积减小27.36%,脂肪烃峰面积减小44.23%。凝胶处理的煤样在氧化升温过程中,100℃时CO浓度降低65.07%,200℃时CO浓度降低53.09%,C 2H 4浓度降低23.68%。微观和宏观结果表明,气化灰渣凝胶较好地抑制了煤自燃进程,阻化性能优于CaCl 2,可有效防治煤自燃灾害,解决灰渣堆积问题,实现固废资源化利用。

关键词：气化灰渣煤自燃防灭火凝胶

固体废弃物制备矿用防灭火复合凝胶的研究进展

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煤炭科学技术 2023年

作者：李倓赵恒泽李晔赵艺华北理工大学应急管理与安全工程学院河北省矿业开发与安全技术重点实验室

我国工业固体废弃物排放量大，容易对生态环境产生破坏并威胁人类健康，因此工业固体废弃物的资源化再利用引起社会的广泛关注。根据固体废弃物的潜在防灭火特性，其可以作为原材料用于制备矿用防灭火复合凝胶，在实现废弃资源循环再利... 详细信息

我国工业固体废弃物排放量大，容易对生态环境产生破坏并威胁人类健康，因此工业固体废弃物的资源化再利用引起社会的广泛关注。根据固体废弃物的潜在防灭火特性，其可以作为原材料用于制备矿用防灭火复合凝胶，在实现废弃资源循环再利用的同时还能达到防治煤矿自燃火灾的目的。为了进一步推动工业固体废弃物在矿用防灭火复合凝胶材料中的资源化利用，完善和发展其在煤矿火灾防治中的应用，总结了矿用防灭火复合凝胶的防灭火机理，归纳了固体废弃物的防灭火特性，讨论了固体废弃物制备矿用防灭火复合凝胶的成胶机理和影响因素，阐述了矿用防灭火复合凝胶的注胶工艺及应用现状。针对目前的研究，发现固体废弃物复合凝胶的成胶机理不明确、固体废弃物胶凝活性未有效激发、固体废弃物复合凝胶的运输过程存在沉淀管堵以及固体废弃物应用时的安全性等问题，针对性提出了解决方向，如微尺度模拟、复合激活、新型激活材料、智能化注胶及离子固化等。并在以上解决方向基础上展望了今后固体废弃物制备矿用防灭火复合凝胶的研究重点，未来将围绕固体废弃物在制备防灭火复合凝胶的高效利用、固体废弃物复合凝胶的长效防灭火、智能凝胶防灭火监控一体化系统等展开研究。这些研究方向有助于工业固体废弃物在矿用防灭火复合凝胶材料方面的高附加值利用，并规模化用于煤矿自燃火灾的防治，保障国家财产及工人生命安全。

关键词：固体废弃物复合凝胶防灭火成胶机理注胶工艺

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寸草塔二矿注氮防灭火数值模拟研究

中国安全科学学报 2022年第S02期32卷 131-135页

作者：张晓旭罗伙根国家能源集团神东煤炭寸草塔二矿内蒙古鄂尔多斯017209

为明确不同注氮条件对遗煤自燃的影响,利用矿井束管监测系统测得某工作面采空区“三带”范围,并采用Fluent模拟软件,建立该工作面采空区不同注氮条件下的自燃“三带”迁移模型,以确定最佳注氮位置、注氮温度、注氮流量,并在寸草塔二矿... 详细信息

为明确不同注氮条件对遗煤自燃的影响,利用矿井束管监测系统测得某工作面采空区“三带”范围,并采用Fluent模拟软件,建立该工作面采空区不同注氮条件下的自燃“三带”迁移模型,以确定最佳注氮位置、注氮温度、注氮流量,并在寸草塔二矿开展现场试验,验证该模型的科学性和有效性。结果表明:注氮出口位置距工作面30 m时,回风侧氧化带宽度最小值为25 m,注氮效果最佳;氧化带宽度随注氮流量的增加呈减小趋势,当注氮流量达到900 m3/h,对采空区氧化带范围整体控制效果较好;注氮气体温度越低,覆盖氧化带范围越广,且对采空区有一定降温效果;在该工作面开展注氮防灭火现场应用过程中,采空区氧化带最大宽度由40.4 m降低至15.2 m,氧化带最大宽度降低61.4%,防灭火效果显著。

关键词：注氮位置注氮温度注氮流量防灭火数值模拟氧化带宽度

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矿用堵漏无机触变防灭火凝胶的流变特性研究

矿业安全与环保 2022年第1期49卷 1-7页

作者：韩福志邵和司俊鸿张俊太原理工大学安全与应急管理工程学院山西太原030024 华北科技学院应急技术与管理学院北京101601

为了有效阻隔煤矿采空区漏风,研制了一种由钠基膨润土、硅酸镁锂、水玻璃和复合外加剂组成的无机触变防灭火凝胶。通过倒置法测试凝胶的成胶时间,采用旋转流变仪研究了在不同配比条件下凝胶的流变特性,构建了凝胶的本构方程,优选出适用... 详细信息

为了有效阻隔煤矿采空区漏风,研制了一种由钠基膨润土、硅酸镁锂、水玻璃和复合外加剂组成的无机触变防灭火凝胶。通过倒置法测试凝胶的成胶时间,采用旋转流变仪研究了在不同配比条件下凝胶的流变特性,构建了凝胶的本构方程,优选出适用于注浆堵漏的凝胶配比。结果表明:凝胶的流变特性符合Herschel-Bulkley模型,相关系数R^(2)均大于0.99;按照样品S-13的配比,即当钠基膨润土、硅酸镁锂、硅酸盐水泥的质量分数分别为4.00%、3.00%、0.46%时,凝胶的流动性较好、触变性较强,且未恢复残余应力与屈服应力相对较小,有利于将凝胶浆液输送至采空区,静置形成稳定网状凝胶结构封堵漏风,不易产生新的裂缝。玻璃圆筒充填凝胶后两端相对压力可达-53.9 kPa,约为未充填时的28倍,说明凝胶密封性能好;灭火实验中,煤堆注入凝胶后温度快速下降,不易复燃。

关键词：堵漏风无机触变凝胶成胶时间流变特性本构方程防灭火

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气化灰渣凝胶泡沫特性及防灭火性能

西安科技大学学报 2024年第3期44卷 456-466页

作者：张铎刘学学刘俊栋赵得福孔祥俊西安科技大学安全科学与工程学院陕西西安710054 西安科技大学西部矿井开采及灾害防治教育部重点实验室陕西西安710054 陕西延长石油榆林可可盖煤业有限公司陕西榆林719000 青海省能源发展(集团)有限责任公司青海西宁810000

为研究气化灰渣凝胶泡沫对煤的阻化作用,从微观角度探讨了凝胶剂对气化灰渣凝胶泡沫稳定性的影响,宏观比较了3种不同类型凝胶泡沫的形貌特征与煤表面覆盖的成膜效果,通过测量材料在不同水灰比下的流变特性,分析气化灰渣颗粒对凝胶泡沫... 详细信息

为研究气化灰渣凝胶泡沫对煤的阻化作用,从微观角度探讨了凝胶剂对气化灰渣凝胶泡沫稳定性的影响,宏观比较了3种不同类型凝胶泡沫的形貌特征与煤表面覆盖的成膜效果,通过测量材料在不同水灰比下的流变特性,分析气化灰渣颗粒对凝胶泡沫的黏度、剪切应力和屈服应力的影响,最后利用程序升温试验和热重试验研究了气化灰渣凝胶泡沫的防灭火性能。结果表明:适当的凝胶剂浓度有利于维持泡沫稳定存在,当添加胶凝剂浓度为0.6%时,凝胶泡沫的显微形貌和基本参数最佳;气化灰渣凝胶泡沫覆盖在煤表面的成膜效果最好,经过7 d后在煤表面仍可形成完整的保护膜;随着水灰比的降低,凝胶泡沫的剪切应力和黏度逐渐增加,水灰比为2∶1时泡沫更不易流动;经气化灰渣凝胶泡沫处理后煤样的临界温度T1提升至72℃,干裂温度T2提高了30℃,有效抑制煤氧化进程,且100℃时泡沫的阻化率达到了63.6%。这种新型泡沫防灭火技术为煤自燃防治提供了新的可能,为固废资源化利用提供了新思路。

关键词：防灭火气化灰渣凝胶泡沫流变特性凝胶剂

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矿用双网络凝胶防灭火特性研究

煤矿安全 2023年第11期54卷 84-91页

作者：陈鹏燕周春山太原理工大学安全与应急管理工程学院山西太原030024 太原理工大学山西省矿井通风与火灾防治工程技术研究中心山西太原030024

针对单网络凝胶防灭火材料存在交联强度低、机械性能差、结构容易被破坏等问题,引入2种相互作用来构筑双重物理交联网络结构,制备了全物理交联Al^(3+)-CMC/MMT-PAM双网络防灭火凝胶;通过对不同配比下凝胶的成胶时间测试,选出适合煤自燃... 详细信息

针对单网络凝胶防灭火材料存在交联强度低、机械性能差、结构容易被破坏等问题,引入2种相互作用来构筑双重物理交联网络结构,制备了全物理交联Al^(3+)-CMC/MMT-PAM双网络防灭火凝胶;通过对不同配比下凝胶的成胶时间测试,选出适合煤自燃火灾防治的凝胶配比,胶凝时间需控制在4~7 min;采用程序升温氧化实验、热分析(TG-DSC)、堵漏风性能测试、扫描电镜等对凝胶的阻化性能进行研究。结果表明:经凝胶处理的煤样失重率整体降低,总放热值明显下降,活化能提高,加大了煤自燃难度;经凝胶处理后,CO、CO_(2)释放量减少,阻化率与温度变化总体上呈负相关,交叉点温度均有所提高;胶凝过程可控,可在5 min内较好的充填碎煤空隙。

关键词：煤自燃防灭火双网络凝胶成胶时间阻化性能

基于Box-Behnken设计的CO_(2)防灭火数值模拟

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煤矿安全 2023年第3期54卷 117-122页

作者：白刚令狐建设李耀谦周西华唐小煜华阳新材料科技集团有限公司山西阳泉045000 辽宁工程技术大学安全科学与工程学院辽宁阜新123000 矿山热动力灾害与防治教育部重点实验室(辽宁工程技术大学) 辽宁阜新123000 五冶集团上海有限公司上海201900

为研究分析不同位置下注CO_(2)、不同注CO_(2)流量及不同温度CO_(2)对防灭火的影响,选取阳煤五矿8406工作面为研究对象,在数值模拟基础上,采用Design Expert软件进行BoxBehnken试验设计,构建了采空区氧化带最大宽度在三因素、三水平条... 详细信息

为研究分析不同位置下注CO_(2)、不同注CO_(2)流量及不同温度CO_(2)对防灭火的影响,选取阳煤五矿8406工作面为研究对象,在数值模拟基础上,采用Design Expert软件进行BoxBehnken试验设计,构建了采空区氧化带最大宽度在三因素、三水平条件下的二次回归响应曲面模型,并对不同条件下采空区氧化带最大宽度进行了预测与分析。结果表明:氧化带最大宽度随注CO_(2)流量增加而降低,随CO_(2)注入温度增加而增加;二次回归方程显著性判断值P注CO_(2)温度>注CO_(2)位置;二次项重要度排序为注CO_(2)位置和注CO_(2)流量>注CO_(2)位置和注CO_(2)温度>注CO_(2)流量和注CO_(2)温度,且注CO_(2)位置、注CO_(2)流量和注CO_(2)温度间均无交互作用;最优参数设置为:注CO_(2)位置为30 m,注CO_(2)流量为900 m^(3)/min,注CO_(2)温度为283 K。

关键词：煤自燃防灭火氧化带宽度注CO_(2) 响应曲面法

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矿用复合防灭火凝胶的制备与特性研究

煤矿安全 2022年第9期53卷 177-185页

作者：刘杰窦国兰赵云锋宣德全董永利简赫达仲晓星中国矿业大学安全工程学院江苏徐州221100 义马煤业集团股份有限公司千秋煤矿河南义马472399

针对水玻璃凝胶失水开裂粉化、成胶时间不可控、抗压强度差以及有机凝胶流动性差、渗透范围小及成本高等问题,结合膨润土、粉煤灰胶体可塑性强,不开裂的特点;以钠基膨润土为主体原料,引入粉煤灰凝胶和水玻璃凝胶,采用一步混合法,制备了... 详细信息

针对水玻璃凝胶失水开裂粉化、成胶时间不可控、抗压强度差以及有机凝胶流动性差、渗透范围小及成本高等问题,结合膨润土、粉煤灰胶体可塑性强,不开裂的特点;以钠基膨润土为主体原料,引入粉煤灰凝胶和水玻璃凝胶,采用一步混合法,制备了复合凝胶;通过凝胶成胶时间、抗压强度和黏度测试,探究了复合凝胶的最佳配比。复合凝胶的成胶时间在30 s~15 min之间可控,且固水比适应范围为1∶8~1∶16,具有宽固水比的特征,抗压强度最大达到25 MPa,在此基础上采用扫描电镜对复合凝胶防灭火材料的表面形貌进行了表征,分析了胶体的微观结构。结果表明:复合凝胶的微观结构中存在Al-O-Si三维网状结构与水化硅酸钙(C-S-H)和水化硅酸铝(A-S-H)等胶凝性产物相互交联而形成的网络结构,据此,提出了该复合凝胶的成胶机理。

关键词：复合凝胶钠基膨润土抗压强度保水性能成胶机理防灭火

高瓦斯矿井采空区防灭火及工作面端头封堵技术

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矿业研究与开发 2022年第4期42卷 108-111页

作者：李哲任帅王方田翟景辉毕寸光刘利凯中国矿业大学矿业工程学院江苏徐州市221116 安阳市主焦煤业有限责任公司河南安阳市455141

针对高瓦斯矿井采空区遗煤易自燃、工作面端头封堵不严易造成瓦斯超限等问题,分析了目前常用的采空区防灭火技术及工作面端头封堵方法的缺陷,提出了超高水材料井下灭火技术及超高水材料泵送装袋封堵工作面端头方法,并在主焦煤矿成功应用... 详细信息

针对高瓦斯矿井采空区遗煤易自燃、工作面端头封堵不严易造成瓦斯超限等问题,分析了目前常用的采空区防灭火技术及工作面端头封堵方法的缺陷,提出了超高水材料井下灭火技术及超高水材料泵送装袋封堵工作面端头方法,并在主焦煤矿成功应用,将作业时间缩减了50%,提高了劳动效率,改善了作业环境,为矿井绿色安全高效开采提供了技术支撑。

关键词：高瓦斯矿井遗煤自燃防灭火端头封堵超高水材料