防治煤自燃的高堆积固化泡沫的制备及应用
胡相明1
王凯2
薛迪2
孙公正2
1.山东科技大学安全与环境工程学院,山东青岛 266590;山东科技大学矿山灾害预防控制省部共建国家重点实验室培育基地,山东青岛 2665902.山东科技大学安全与环境工程学院,山东青岛 266590
摘要：漏风是引发矿井煤自燃的重要原因,而煤自燃火灾影响了矿井的正常生产.为解决传统无机固化泡沫(TISF)在充填堵漏过程中存在胶凝时间长、堆积能力弱的问题,提出经液态硅酸钠(LSS)改性制备的速凝无机固化泡沫(RISF).研究了不同掺量的LSS对泡沫浆液胶凝时间、堆积能力等性能的影响规律,采用抗压强度、稳定性测试等表征手段,确定了LSS的最优添加量为5%(质量分数),RISF的28d抗压强度达2.49 MPa,是TISF的1.7倍,最大密度比R为1.11,稳定性提升20%左右;胶凝时间和堆积能力的测试结果表明,与TISF相比,RISF的凝结时间大幅缩短(从 683 s缩短到52 s),堆积能力提升(最大堆积高度提高 1.9倍).基于此,结合扫描电子显微镜(SEM)和X射线衍射(XRD)对RISF的速凝固化机理进行了探究.试验结果表明,RISF具有更多的水化产物且不同的水化产物紧密交织,颗粒水化过程中,LSS水解生成原硅酸根与溶液中的钙离子结合,加快水化反应,缩短了泡沫浆液的胶凝时间.但也发现,当LSS添加量超过 5%时,RISF的抗压强度降低,稳定性下降,这主要是因为过量的LSS使溶液中的钙硅比例低于 1.0,导致生成了低强度的水化产物.堵漏风试验和灭火试验结果表明,与TISF相比,RISF具有较高的堵漏效率和优良的防灭火性能,堵漏效率最高提升 26.3%,并且在扑灭煤火时未出现复燃.RISF在利民煤矿矸石山的现场应用表明,其具有良好的降温灭火效果,有效解决了矸石山的高温难题,确保了矿井的正常生产.
关键词：煤自燃无机固化泡沫快速凝固机理充填堵漏材料
分类号：TD752(矿山安全与劳动保护)
资助基金：国家自然科学基金(52274216)山东省青年杰出基金资助项目(ZR2021JQ19)
论文发表日期：2024-02-25
在线出版日期：2025-08-15（本平台首次上网日期，不代表文献的发表时间）
页数：12( 159-170 )
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