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煤矿井下充填堵漏泡沫材料的研制及应用

王帅领  
【摘要】:煤炭自燃是矿井开采过程中的主要灾害之一,控制漏风是预防煤自燃的关键技术手段。建筑保温泡沫因原料简单、发泡倍数高、密封效果好,近年来在煤矿井下广泛使用。然而,有机泡沫在井下应用中呈现出很多问题,如快速密闭用聚氨酯泡沫成本高、产热量大、易燃、易收缩,堵漏风泡沫脆性大、游离醛含量高等。本文针对现有煤矿井下用有机固化泡沫的不足,研制了一种新型的煤矿井下用充填堵漏风泡沫,该泡沫具有游离甲醛含量低、密闭性好、抗压强度高、阻燃性好、密度低等优点。 本文运用正交试验方法,考察了反应时间、反应温度、物料配比和催化剂量对合成树脂性能影响的显著性。在此基础上,采用单因素实验法研究了各显著因素对树脂性能的影响规律,找出各反应因素的最佳条件。最后,进行了添加复合催化剂和尿素的方式降低树脂游离甲醛的优化实验。结果表明,F/P为1.6,反应温度75℃,反应时间180分钟,复合催化剂0.05mol,尿素添加量3g时,制得的树脂性能最优。 为优化树脂的固化体系,论文研究了不同固化剂、表面活性剂、起泡剂等对泡沫固化行为、力学性能和产热特性的影响规律,找出了最优的助剂配比及用量,揭示了固化剂和表面活性剂对泡沫的作用机理,并探讨了树脂的成泡和固化原理。 针对充填泡沫脆性大的问题,采用添加乙二醇对泡沫进行增韧改性,研究了不同含量的乙二醇对充填泡沫的基本性能、力学特性、燃烧性能的影响规律,揭示了乙二醇的增韧机理。研究表明,乙二醇添加量为6%时,泡沫体性能最优。 为改善泡沫的阻燃和抗燃烧能力,研究了单一和复合阻燃剂对泡沫的阻燃作用。研究发现,TCPP与EG有很好的协同阻燃作用,当TCPP与EG添加质量比为1,添加量为2%时,阻燃和抗燃烧性能突出;阻燃泡沫氧指数37,有焰燃烧时间0s,无焰燃烧时间3s,火焰扩展长度10mm。 最后,对研制的堵漏风泡沫进行了现场应用。井下的工程实践表明,新型堵漏风泡沫密闭效果好、安全可靠,适用于高冒区、采空区、上下隅角等地点快速充填,极具广泛的应用前景。


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