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粉煤灰凝胶防灭火技术在煤矿中的研究应用

隋涛  
【摘要】: 我国煤矿煤层自然发火非常严重,据不完全统计,我国国有煤矿自然发火危险矿井已占60%,由于煤炭自燃导致的优质煤损失量已达42亿吨以上,现在仍以每年2000~3000万吨的速度增加,每年造成数十亿元的经济损失;井下煤炭自燃产生的有毒有害气体严重地威胁着煤矿职工的生命安全;由于煤炭自燃,造成煤矿开采部署的破坏,大量煤炭资源和井下材料、设备的浪费,甚至导致矿井的提前报废,引发大批的煤矿工人失业等一系列的社会问题。 针对我国煤碳自然发火现状,在治理煤矿自燃火灾时采用注胶防灭火充填材料主要有:黄泥浆充填材料、水泥砂浆充填材料、煤矸石泥浆充填材料、粉煤灰充填材料、石膏充填材料、水玻璃凝胶充填材料、废水泥渣充填材料等。但存在有成本高、脱水以后体积减少多,不能固化或固化以后支撑强度低等缺点。根据现场应用状况,以往胶体防灭火材料由于其单一性且失水率较高,失水率可达50%~60%。胶体材料中使用的氨盐类凝胶,由于在使用中释放出大量的氨气,不利于工人的身体健康且污染空气,严重制约了煤矿的安全生产。所以研究新型胶体防灭火材料显得尤为重要。 粉煤灰凝胶材料是一种新型的防灭火材料,它具有高水、速凝、阻化降温、无毒、无味、成本低等特点,适于相邻采空区丢煤带、密闭、高温点等灌注充填堵漏。 本文从粉煤灰凝胶防灭火材料的特性入手,研究了粉煤灰凝胶材料在防灭火技术应用中的最佳配比。主要研究内容:(1)粉煤灰凝胶材料及配方的研究;(2)井下移动式灌注设备的研制;(3)综放面相邻采空区丢煤带灌注工艺的研究。主要技术指标:(1)粉煤灰凝胶初凝时间1~30min可调,含水量≥80%。(2)移动式灌注设备,压力5Mpa,流量5m~3/h,可输送固体颗粒≤5mm。 通过在实验室对粉煤灰凝胶的大量试验研究,用数理统计中的极差分析法和最小二乘法得出了最佳材料配比。采用粉煤灰凝胶的不同材料配比进行交叉试验,分别测得其成胶时间,找出材料配比与成胶时间的关系。粉煤灰凝胶最佳材料配比为:灰水比1∶3~1∶5,基料A用量3%,胶凝剂B用量1%~2%。 通过对井下移动式灌注设备的试验研究,结论符合使用要求。在西山煤电集团公司西铭煤矿进行了井下工业性试验,取得了良好的使用效果。 根据本文的试验结论,在山西长治市襄垣桃树煤矿进行了煤矿治理火灾的应用,取得了良好的效果,使煤矿恢复了正常的生产。


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