本文選題：無(wú)機(jī)固化泡沫　切入點(diǎn)：大比重復(fù)合漿體攪拌裝置　出處：《中國(guó)礦業(yè)大學(xué)》2016年博士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：煤自燃是煤礦開(kāi)采的主要自然災(zāi)害之一。為防治礦井煤炭自燃,堵漏控風(fēng)防止煤氧復(fù)合是最有效的方法之一。無(wú)機(jī)固化泡沫是一種新型的堵漏防滅火材料,以粉煤灰和水泥為基材,添加一定的外加劑,通過(guò)物理機(jī)械的發(fā)泡方式,最后形成的具有較強(qiáng)抗壓能力的輕質(zhì)固態(tài)泡沫材料。無(wú)機(jī)固化泡沫具有封堵裂隙漏風(fēng)嚴(yán)密、可向高處堆積、覆蓋均勻、隔熱性能好、成本相對(duì)低廉等特點(diǎn),在煤礦現(xiàn)場(chǎng)有著廣闊的應(yīng)用前景。無(wú)機(jī)固化泡沫產(chǎn)生裝置是制備無(wú)機(jī)固化泡沫材料的關(guān)鍵,其主要部件為:大比重復(fù)合漿體攪拌裝置、水基泡沫發(fā)泡器以及泡沫漿體混合器。本論文開(kāi)展了無(wú)機(jī)固化泡沫產(chǎn)生裝置的設(shè)計(jì)原理及實(shí)驗(yàn)研究,取得了如下研究成果:(1)復(fù)合漿體是由一定比例的粉煤灰、水泥、外加劑與一定比例的水在攪拌裝置中攪拌制備而成。針對(duì)復(fù)合漿體比重大、粘度高、不易混合均勻的特點(diǎn),設(shè)計(jì)了一種大比重復(fù)合漿體攪拌裝置。主要原理是利用螺帶螺旋的運(yùn)動(dòng),使復(fù)合漿體在攪拌槽中產(chǎn)生強(qiáng)烈的對(duì)流和剪切混合作用,增強(qiáng)了復(fù)合漿體的湍流程度,使復(fù)合漿體在較短時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)快速均勻混合。在此基礎(chǔ)上,開(kāi)展了復(fù)合漿體混合均勻度的實(shí)驗(yàn)研究,提出了復(fù)合漿體均勻度的評(píng)價(jià)指標(biāo),得出了充滿系數(shù)、攪拌時(shí)間、水灰比與復(fù)合漿體混合均勻度的關(guān)系。當(dāng)水灰比為0.4~0.6時(shí),攪拌時(shí)間6~8 min,充滿系數(shù)為0.55,σ(密度標(biāo)準(zhǔn)差)值最小,混合均勻度最好。(2)基于孔隙式發(fā)泡原理,發(fā)明了用于制備無(wú)機(jī)固化泡沫材料的水基泡沫發(fā)泡器。表面活性劑稀釋液在壓風(fēng)作用下,經(jīng)填充孔隙率下小上大的多孔介質(zhì)作用形成壓降,持續(xù)發(fā)泡,這種發(fā)泡方式能防止產(chǎn)生的水基泡沫液膜堵塞通道,提高產(chǎn)泡效率。該發(fā)泡器主要由泡沫腔室、發(fā)泡筒、壓縮空氣入口管、發(fā)泡劑稀釋液入口管、水基泡沫出口管以及排放管組成,具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低廉、易于加工制作的特點(diǎn)。建立了水基泡沫實(shí)驗(yàn)系統(tǒng),確定了水基泡沫制備的評(píng)價(jià)指標(biāo)及其測(cè)試方法。研究了操作參數(shù)即不同的壓縮空氣流量和發(fā)泡劑稀釋液流量對(duì)產(chǎn)生的水基泡沫性能的影響,得出了在不同壓縮空氣流量情況下,發(fā)泡劑稀釋液流量與水基泡沫評(píng)價(jià)指標(biāo)之間的關(guān)系曲線,為水基泡沫的制備提供了依據(jù)。(3)發(fā)明了一種能均勻混合水基泡沫和大比重復(fù)合漿體的中空螺旋式混合器。設(shè)計(jì)原理是水基泡沫通過(guò)中空螺旋管上的各個(gè)水基泡沫出口與混合腔室中的復(fù)合漿體逐級(jí)混合,能有效降低水基泡沫的破泡率,提高水基泡沫和復(fù)合漿體混合的均勻程度。探究了中空螺旋式混合器的混合機(jī)理。采用數(shù)值模擬的方法對(duì)中空螺旋式混合器的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了優(yōu)化,確定了以不均勻系數(shù)COV作為混合性能的評(píng)價(jià)指標(biāo),選定螺旋葉片螺距p、中空螺旋管的直徑D、水基泡沫出口直徑d作為模擬的因素,對(duì)混合器的結(jié)構(gòu)參數(shù)做三因素三水平的正交模擬實(shí)驗(yàn),得出混合器的最佳結(jié)構(gòu)參數(shù)為:中空螺旋管的直徑D=30 mm、螺旋葉片螺距p=100 mm、水基泡沫出口直徑d=14 mm。對(duì)優(yōu)化的中空螺旋式混合器的流場(chǎng)、壓力降、湍流動(dòng)能、混合效果進(jìn)行了分析。(4)建立了無(wú)機(jī)固化泡沫制備實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)�；谡粚�(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方法,以混合器轉(zhuǎn)速、水基泡沫流量、復(fù)合漿體水灰比、復(fù)合漿體流量為實(shí)驗(yàn)因素,以無(wú)機(jī)固化泡沫的發(fā)泡倍數(shù)(破泡率)以及無(wú)機(jī)固化泡沫的均勻度作為評(píng)價(jià)指標(biāo),對(duì)無(wú)機(jī)固化泡沫的制備進(jìn)行了四因素三水平正交實(shí)驗(yàn)。提出了利用數(shù)字圖像處理與分析技術(shù)對(duì)無(wú)機(jī)固化泡沫泡孔均勻性進(jìn)行定量表征的方法,通過(guò)Image-Pro Plus軟件,獲取無(wú)機(jī)固化泡沫截面的泡孔面積,通過(guò)計(jì)算劃分的子區(qū)域泡孔面積的標(biāo)準(zhǔn)差來(lái)定量表征泡孔分布均勻程度。該方法的優(yōu)點(diǎn)是能對(duì)無(wú)機(jī)固化泡沫均勻性進(jìn)行定量表征,操作簡(jiǎn)單方便,結(jié)果準(zhǔn)確可靠。通過(guò)對(duì)正交實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理和分析,得出了各因素的影響順序和最佳的配比。制備無(wú)機(jī)固化泡沫的最佳工藝參數(shù)組合方案為:混合器轉(zhuǎn)速150 r/min、復(fù)合漿體流量2 m3/h、水基泡沫流量14 m3/h、復(fù)合漿體水灰比0.5。(5)研究了無(wú)機(jī)固化泡沫的防滅火性能。無(wú)機(jī)固化泡沫的粘結(jié)性能測(cè)試表明,無(wú)機(jī)固化泡沫具有優(yōu)良的粘結(jié)松散煤體的能力。堵漏風(fēng)性能模擬測(cè)試表明,無(wú)機(jī)固化泡沫材料堵漏風(fēng)效果顯著。阻化性能實(shí)驗(yàn)表明無(wú)機(jī)固化泡沫材料對(duì)煤自燃指標(biāo)氣體的產(chǎn)生具有很好的抑制作用。無(wú)機(jī)固化泡沫撲滅煤堆火實(shí)驗(yàn)表明,無(wú)機(jī)固化泡沫能夠覆蓋在煤堆表面,沿著煤炭裂隙逐漸滲流到煤堆內(nèi)部,保持結(jié)構(gòu)形態(tài)不變,具有良好的熱穩(wěn)定性和優(yōu)良的滅火性能。
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【學(xué)位授予單位】：中國(guó)礦業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TD752.2

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1 祝超;防治煤自燃的無(wú)機(jī)固化泡沫產(chǎn)生裝置及實(shí)驗(yàn)研究[D];中國(guó)礦業(yè)大學(xué);2016年

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本文編號(hào)：1632855