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无机发泡胶凝材料防治采空区遗煤自燃研究

作　者: 雷磊
导　师: 于水军
学　校: 河南理工大学
专　业: 安全工程
关键词: 煤自燃无机胶凝采空区遗煤
分类号: TD752
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

我国煤层自燃火灾十分严重,仅北方七省煤层露头火区面积达720km2,已累计烧毁煤量42亿吨,据统计,我国国有重点煤矿中存在自然发火危险的矿井约占21.3%,由于自燃引起的矿井火灾占总火灾数的90%以上。特别是在20世纪90年代,特厚煤层综采放顶煤高产高效技术的大力推广,极大的提高了矿井的高效产能水平,但综采放顶煤工作面进、回风顺槽端顶煤放出率低,放顶煤比分层综采要多丢煤10%左右,无煤柱开采时采空区漏风量更大,大面积串通采空区防灭火已成为一大难题。因而,处理采空区两端丢煤带、隔离采空区及采空区堵漏风是防治自然发火的关键。针对我国采空区遗煤自燃的现状,我国主要采用的是注胶防灭火技术,但根据以往现场应用状况,胶体防灭火材料因其单一性且失水率较高,失水率可达50%～60%。尤其是胶体材料使用的氨盐类凝胶,在反应中生成大量氨气,对环境和人的身心健康影响较大,不足以推广使用,所以研究新型的环保类胶体防灭火材料显得尤为重要。本文研究的新型无机发泡胶凝材料即具有高充填性、流动性强、阻化寿命长以及环保无污染等优点,适于采空区丢煤带、密闭、高温点等灌注充填堵漏。本文从无机发泡胶凝材料的防灭火特性研究入手,并结合采空区遗煤自燃发火特点,主要研究了以下内容: (1)新型的无机发泡胶凝材料的各种防灭火性能指标研究;(2)防治采空区遗煤自燃综合防灭火方案的研究。主要技术指标有:结合现场获得最佳效果配比:无机胶凝材料:高性能复合发泡剂:水=2:0.015:3,复合发泡剂用量≤3‰,含水量≥60%,凝胶时间10～30min可调,成本仅为凝胶的80%。结合现场工程实践,主要是在王台铺煤矿XV2304工作面做综合防灭火试验,通过注无机发泡胶凝材料,使得采空区CO浓度由14.5×10-4降为10×10-6,采空区O2百分比由7.2%降为1.9%,采空区温度由36°降到最低的19°,该效果检验完全达到了《煤矿安全规程》中的有关规定。同时也表明该发泡材料具有优良的充填隔氧作用、高吸热降温作用、捕获活性自由基作用,能迅速的降低煤的氧化速率,降低氧化产物的浓度;具有在短时间内固化,形成具有较高强度胶结体的性能,且该胶结体不会因受热失水而发生体积收缩变形而形成新的漏风裂隙,能长期的阻止遗煤的进一步氧化,降低采空区O2百分比含量。从而在防治该采空区遗煤自燃中取得良好的效果。

全文目录

致谢  4-5
摘要  5-6
Abstract  6-11
1 绪论  11-19
  1.1 研究背景及意义  11-12
  1.2 国内外研究综述  12-16
    1.2.1 关于煤自燃理论的研究现状  12-13
    1.2.2 关于采空区遗煤自燃防治技术的研究现状  13-14
    1.2.3 关于煤自燃防灭火材料的发展研究现状  14-16
  1.3 存在的问题  16-17
  1.4 本文研究内容及技术路线  17-18
  1.5 本章小结  18-19
2 胶体防灭火材料及其防火性能综述  19-25
  2.1 胶体类型  19
  2.2 防灭火胶体的制备  19-20
    2.2.1 凝胶的制备  19-20
    2.2.2 稠化胶体的制备  20
    2.2.3 复合胶体的制备  20
  2.3 胶体防灭火表征  20-24
    2.3.1 胶体防灭火的宏观表征  21-22
    2.3.2 胶体防灭火的微观表征  22-24
  2.4 本章小结  24-25
3 采空区遗煤自燃影响因素分析  25-33
  3.1 煤层自燃影响因素分析  25-28
  3.2 采空区漏风供氧因素分析  28-29
  3.3 采空区蓄热散热因素分析  29-30
  3.4 本章小结  30-33
4 无机发泡胶凝材料的性能指标研究  33-37
  4.1 无机发泡胶凝材料的原料构成  33
  4.2 无机复合胶凝材料的主要性能测定  33
  4.3 高性能复合发泡剂  33-34
  4.4 调凝剂、泡沫稳定剂、吸水因子和阻化剂  34-35
  4.5 实验制备高强复合发泡材料  35
  4.6 无机发泡胶凝材料的主要性能指标  35
  4.7 无机发泡胶凝材料的防灭火特性  35-36
  4.8 本章小结  36-37
5 无机发泡胶凝材料在防治采空区遗煤自燃中的应用  37-52
  5.1 矿井概况  37
  5.2 项目方案制定  37-40
    5.2.1 采空区遗煤自燃机理分析  38-39
    5.2.2 无机发泡胶凝材料防灭火机理分析  39-40
  5.3 注浆  40-42
    5.3.1 注浆配比  40
    5.3.2 注浆设备  40-41
    5.3.3 技术指标要求  41-42
  5.4 综采面进风巷注浆防灭火  42-44
    5.4.1 钻孔终孔位置的确定原则  42
    5.4.2 钻场布置及钻孔参数设计  42-44
  5.5 综采面回风巷注浆防灭火  44-45
    5.5.1 回风巷钻孔注浆方法  44-45
  5.6 堵漏防灭火  45
  5.7 施工操作步骤  45-47
    5.7.1 施工准备  45-46
    5.7.2 施工工艺  46-47
    5.7.3 注浆量的计算  47
  5.8 效果分析  47-50
  5.9 本章小结  50-52
6 结论  52-54
  6.1 主要结论  52
  6.2 主要创新点  52-53
  6.3 展望  53-54
参考文献  54-57
作者简历  57-59
  基本情况  57-59
学位论文数据集  59

无机发泡胶凝材料防治采空区遗煤自燃研究

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