矿用灭火复合凝胶的强度性能研究.pdf

第 24 卷 　第 2 期 西 安 科 技 学 院 学 报 Vol . 24 　No . 2 　2004 年 6 月 　J OU RNAL OF XI’AN UN IV ERSI T Y OF SCIEN CE AND TECHNOL O GY J un . 2004 文章编号 : 167 1 - 19 12 (2004) 02 - 0 145 - 03 　　 矿用灭火复合凝胶的强度性能研究 薛韩玲 , 葛岭梅 , 徐精彩 , 张辛亥 (西安科技大学 能源学院 ,陕西 西安 　7 10054) 摘 　要 : 矿用灭火凝胶材料由于强度低易破碎脱水 ,一定程度上影响了煤炭 自燃火灾防治的效果 。通 过采用沉入度法及间接参数表征了加入填充剂的复合凝胶及纯凝胶的强度 。实验表明: 由于发生在填 充剂与纯凝胶之间的粘附力作用 、能量流散作用 、吸附作用及温度效应 ,填充剂增强了复合凝胶的强 度 ;并且随着加热温度的升高、加热时间的延长及填充剂浓度的增加 ,各复合凝胶的强度增大 。 关键词 : 复合凝胶 ; 填充剂 ; 煤炭自燃 中图分类号 : TD 75 　　　文献标识码 : A 煤层自燃火灾烧毁煤炭资源和矿井设备 , 引起的瓦斯 、煤尘爆炸或火烟毒化矿井空气 ,酿成人员伤亡[ 1] ,严 重影响着煤矿的安全生产 。目前 ,灌浆防灭火 、均压防灭火 、阻化剂防灭火 、惰气防灭火 、泡沫防灭火等方法都不 能完全消灭和抑制煤层自燃火灾 。在综采放顶煤技术逐渐普及和高产高效集约化生产逐步推广的发展趋势下 , 矿用灭火无机凝胶材料具有吸热降温 、密封堵漏的特性及成本低且快速有效的特点[2 ] ,很大程度地解决了综放 面煤炭自燃问题 ,成为井下火灾防治的重要手段之一 。但由于纯凝胶材料强度较低 ,在扑灭顶煤或煤柱火灾时 , 在上部凝胶压力下 ,下部凝胶易破碎而大量脱水 ,严重影响防灭火效果[3 ] 。因此 ,在凝胶制备过程中,加入填充 剂 ,在保持原凝胶特性不变的基础上 ,增强其强度 。 1 　实验过程 凝胶强度用其承受外力破坏的能力来表征 ,用沉入度法来测定[4 ] 。测试仪器为无锡建材仪器机械厂生产的 水泥稠凝测定仪 。 根据水泥稠凝测定仪锥模体积 ,确定制备 表 1 　复合凝胶各填充剂用量表 纯凝胶用 H O 量为 60 mL , 基料 A 为 3 . 5 mL Tab. 1 　Quantity of f illers in compound gels g ( %) 　 2 (8 %) ,促凝剂B 为 2 . 4 g (4 %) , 复合凝胶则是 种类 用 　　量 在此比例物质中加入一定填充剂经反应制得 。 填充剂 C 3 . 0 (5) 6 . 0 ( 10) 9 . 0 ( 15) 12 . 0 (20) 1. 1 　常温下凝胶强度的测定 填充剂 D 3 . 0 (5) 9 . 0 ( 15) 15 . 0 (25) 2 1. 0 (35) 复合凝胶各填充剂用量见表 1 。 填充剂 E 3 . 0 (5) 9 . 0 ( 15) 15 . 0 (25) 2 1. 0 (35) 　　实验发现 :纯凝胶及各复合凝胶均承受不住试锥的冲击 ,水泥稠凝测定仪的标尺几乎移动到标尺量程底也 表征不出凝胶强度 。但凝胶被冲击后其碎块情况 、渗出水量及渗出水流出锥模时间却大有差异 。因此 ,用这些 间接参数来表征强度大小 。其中,纯凝胶表面碎块多且渗出水量大 ,本实验条件下渗出水流出锥模时间为 5 1 s ; 而加入填充剂形成的各类复合凝胶碎块少甚至无碎块 ,渗出水少甚至不渗出水分 。在本实验条件下 ,复合凝胶 渗出水流出锥模时间最短为 64 s ,最长