發(fā)布時(shí)間：2017-11-13 19:17

  本文關(guān)鍵詞：煤礦用防滅火材料的制備與性能研究

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【摘要】：煤炭資源是國民經(jīng)濟(jì)的命脈之一,時(shí)至今日,在我國能源消耗總量中煤炭消耗占比仍高達(dá)60%以上。我國地質(zhì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜,頻發(fā)的煤礦事故嚴(yán)重制約著煤炭行業(yè)的健康發(fā)展�；瘜W(xué)防滅火材料作為一類煤礦用防災(zāi)減災(zāi)產(chǎn)品,以其優(yōu)良的流動(dòng)性、保水性、固結(jié)時(shí)間可控性等特點(diǎn),在減輕采空區(qū)煤炭發(fā)火自燃、封堵巷道壁大型裂縫、解決礦井下透風(fēng)、透水等問題上具有廣闊的應(yīng)用前景。本文研究了煤礦防滅火用水玻璃復(fù)合膠體灌漿材料(水玻璃/碳酸氫鈉/膨潤土體系)的最佳原料配比,并在此基礎(chǔ)上,分別引入淀粉、纖維素、陰離子聚丙烯酰胺、陽離子聚丙烯酰胺等聚合物添加劑,研究了這4種添加劑對(duì)初始水玻璃復(fù)合膠體灌漿材料的凝膠時(shí)間、保水性能、體積收縮率、力學(xué)強(qiáng)度等性能的影響規(guī)律,并優(yōu)選出復(fù)合膠體的最佳組分;通過采用紅外光譜和XRD手段分析了復(fù)合膠體凝結(jié)過程中聚合物添加劑與原水玻璃復(fù)合膠體的復(fù)合機(jī)制及其作用。本文同時(shí)開發(fā)了一種適用于封堵煤礦井下大型透風(fēng)裂縫的新型聚氨酯材料,該封堵材料由聚醚403、二苯基甲烷二異氰酸酯(MDI)、稀釋劑、催化劑、交聯(lián)劑等在室溫反應(yīng)制成,具有成本低廉、工藝簡單、無毒害等優(yōu)點(diǎn)。隨后,通過正交實(shí)驗(yàn)法考察了各組分對(duì)封堵材料性能的影響,利用方差分析和極差分析確定了影響材料各項(xiàng)性能指標(biāo)的關(guān)鍵因素。通過如上兩部分的實(shí)驗(yàn)研究,得出以下重要結(jié)論:將聚合物作為改性添加劑引入傳統(tǒng)水玻璃復(fù)合膠體灌漿材料中,聚合物添加劑并未直接參與凝膠反應(yīng),僅以物理混合形式存在于膠體結(jié)構(gòu)中。最初在水中溶解的陽離子聚丙烯酰胺對(duì)后續(xù)加入的膨潤土顆粒有明顯的包覆效應(yīng),形成一種大顆粒物質(zhì),懸浮在體系中,不適合灌漿施工。當(dāng)聚合物添加量超過0.2%時(shí),體系粘度迅速上升,不適合實(shí)際輸送和工程應(yīng)用。與其它聚合物添加劑相比,在初始水玻璃復(fù)合膠體灌漿材料中添加0.1%~0.2%的纖維素添加劑后,灌漿材料的保水性能、抗壓強(qiáng)度、體積收縮率、致密性等性能指標(biāo)均有明顯改善。采用“一步法”成功制備了一種新型聚氨酯封堵材料。聚醚403的用量是決定最終產(chǎn)品抗老化性能的主要因素,甲基膦酸二甲酯對(duì)產(chǎn)品的固結(jié)時(shí)間、反應(yīng)放熱量和抗壓強(qiáng)度的影響起主導(dǎo)作用,二羥甲基丙酸作為交聯(lián)劑主要影響最終產(chǎn)品的體積收縮率,三亞乙基二胺作為催化劑對(duì)固結(jié)時(shí)間和抗老化性能起著次級(jí)主導(dǎo)作用。為確保在煤礦實(shí)際應(yīng)用中封堵材料具備低的放熱量、高的抗老化性能、以及保持強(qiáng)度不變的情況下具有優(yōu)良的發(fā)泡性,最終確定“25%的聚醚403、20%的甲基膦酸二甲酯(稀釋劑、阻燃劑)、0.75%的二羥甲基丙酸(交聯(lián)劑)和0.3%的三亞乙基二胺(催化劑)”為最優(yōu)配比。通過前期參與煤礦噴涂堵漏風(fēng)防滅火材料的工廠化生產(chǎn)、測(cè)試、設(shè)備選取、施工等一系列實(shí)踐活動(dòng),在調(diào)研過程中發(fā)現(xiàn)存在一些問題,即單一噴涂堵漏風(fēng)材料對(duì)大型裂隙無法達(dá)到密封效果,使采空區(qū)無法達(dá)到完全的密閉堵漏。本論文提出了將改性水玻璃復(fù)合膠體材料、新型聚氨酯封堵材料與噴涂堵漏風(fēng)材料相互配合使用的施工方案:改性水玻璃復(fù)合膠體材料覆蓋于采空區(qū)松散煤體表面,達(dá)到阻氧、降溫的雙重效果;新型聚氨酯封堵材料壓注于大型煤巖裂縫中,與原噴涂堵漏風(fēng)材料相配合,達(dá)到完全堵漏風(fēng)的目的,并且通過聚氨酯固結(jié)體的高強(qiáng)度以及與煤巖的結(jié)合性,防止煤礦震動(dòng)產(chǎn)生新的透風(fēng)裂隙�？傊�,本論文通過引入聚合物添加劑,成功制備了一種改進(jìn)型水玻璃復(fù)合膠體灌漿材料;針對(duì)礦井下大型透風(fēng)裂縫,成功開發(fā)了一種新型聚氨酯封堵材料,并通過正交實(shí)驗(yàn)法確定了最優(yōu)的原料配方;本研究對(duì)煤礦井下新型防滅火材料的開發(fā)和應(yīng)用提供了重要的實(shí)驗(yàn)依據(jù)。
【學(xué)位授予單位】：北京工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TD753

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1 彭天禮;;復(fù)合膠體滅火材料成分選擇實(shí)驗(yàn)研究[J];工業(yè)安全與環(huán)保;2013年09期

2 張金富,孔憲德,郭修明;粉煤灰復(fù)合膠體充填防火技術(shù)[J];煤礦安全;2002年07期

3 譚恩忠;方炎;;復(fù)合膠體的研究[J];光譜實(shí)驗(yàn)室;2006年02期

4 羅文倩;魏世強(qiáng);;鎘在針鐵礦、腐殖酸及其復(fù)合膠體上吸持行為比較研究[J];中國農(nóng)學(xué)通報(bào);2009年03期

5 羅文倩;魏世強(qiáng);;鎘在針鐵礦、針鐵礦-腐植酸復(fù)合膠體中吸附解吸行為比較研究[J];農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào);2009年05期

6 謝俊;;復(fù)合膠體防滅火材料的性能研究[J];中小企業(yè)管理與科技(上旬刊);2013年02期

7 呂強(qiáng);費(fèi)金彪;袁德勝;;兩種復(fù)合膠體防滅火材料配比優(yōu)化的實(shí)驗(yàn)研究[J];陜西煤炭;2013年02期

8 黃艷芹;;一種改性防滅火復(fù)合膠體材料的制備[J];中州大學(xué)學(xué)報(bào);2013年04期

9 白文秀;赫海全;;黃土復(fù)合膠體在采空區(qū)火區(qū)治理中的應(yīng)用[J];山西焦煤科技;2013年09期

10 邱波,鐘青,莊柄群;搪瓷釉漿復(fù)合膠體懸浮劑的研制及其機(jī)理探討[J];玻璃與搪瓷;1991年03期

中國重要會(huì)議論文全文數(shù)據(jù)庫 前5條

1 劉選民;費(fèi)金彪;張全勝;王進(jìn)軍;;復(fù)合膠體滅火技術(shù)在馮家塔煤礦的應(yīng)用及實(shí)踐[A];全國煤礦井下安全避險(xiǎn)及瓦斯治理技術(shù)理論與實(shí)踐[C];2011年

2 阮國強(qiáng);徐精彩;李峰;;粉煤灰膠體綜合防滅火系統(tǒng)的研究及應(yīng)用[A];中國煤炭學(xué)會(huì)煤礦安全專業(yè)委員會(huì)2004年學(xué)術(shù)年會(huì)論文集[C];2004年

3 魏朝富;高明;謝德體;李保國;;不同紫色水稻土有機(jī)無機(jī)復(fù)合膠體表面性質(zhì)的研究(摘要)[A];中國地壤學(xué)會(huì)第十次全國會(huì)員代表大會(huì)暨第五屆海峽兩岸土壤肥料學(xué)術(shù)交流研討會(huì)文集（面向農(nóng)業(yè)與環(huán)境的土壤科學(xué)專題篇）[C];2004年

4 高玲香;楊青;;鈦酸鋇/殼聚糖含水復(fù)合膠體的制備及其電場(chǎng)響應(yīng)性能[A];中國化學(xué)會(huì)第27屆學(xué)術(shù)年會(huì)第16分會(huì)場(chǎng)摘要集[C];2010年

5 楊振忠;;復(fù)雜性復(fù)合膠束[A];2009年全國高分子學(xué)術(shù)論文報(bào)告會(huì)論文摘要集（上冊(cè)）[C];2009年

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1 郭紅;BN-C-硅油高溫潤滑復(fù)合膠體制備及其性能研究[D];武漢理工大學(xué);2008年

2 高玲香;含水復(fù)合電流變彈性膠體的制備及其性能研究[D];西北工業(yè)大學(xué);2006年

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1 蘇健;煤礦用防滅火材料的制備與性能研究[D];北京工業(yè)大學(xué);2016年

2 李濤;水泥復(fù)合膠體充填加固冒落巷道實(shí)驗(yàn)研究與應(yīng)用[D];西安科技大學(xué);2011年

3 王楠;煤自然發(fā)火膠體防滅火材料性能實(shí)驗(yàn)研究[D];西安科技大學(xué);2011年

4 李石林;復(fù)合膠體滅火材料及其性能實(shí)驗(yàn)研究和應(yīng)用[D];西安科技大學(xué);2004年

5 阮國強(qiáng);鮑店煤礦粉煤灰膠體防滅火技術(shù)研究[D];西安科技大學(xué);2006年

6 牛會(huì)永;防滅火膠體的管道流動(dòng)特性實(shí)驗(yàn)研究[D];西安科技大學(xué);2004年

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本文編號(hào)：1182034