煤矿反应型高分子材料研究现状及发展趋势

按照井下应用目的对煤矿反应型高分子材料进行了分类。详述了加固注浆、空穴充填、瓦斯控制、防火灭火材料以及水控制方面使用的相关材料。论述和分析了高分子材料的成份组成、反应机理、产品特点、优缺点以及应用范围,并给出了相关标准和要求。介绍了聚氨酯、水玻璃-聚氨酯、酚醛树脂、脲醛树脂等高分子材料的成份组成、应用方法、优缺点以及达到的效果。分析了高分子材料在煤矿应用的优缺点,对未来产品的发展进行了展望。     

酚醛树脂泡沫充填材料反应温度和膨胀倍数影响因素研究

酚醛树脂泡沫快速的发泡性能和高膨胀倍数,能够使其在极短的时间将煤矿冒落区的大空穴充满,并具有一定的支撑能力,而发泡剂和助剂是影响酚醛树脂泡沫的主要因素,对物理发泡剂和化学发泡剂进行了比较,测试了膨胀倍数、最高反应温度、抗压强度、固化时间和泡孔结构等指标。研究结果表明,相同量的化学发泡剂要优于物理发泡剂,而将两者混合使用后可以取得更好的发泡效果;随着发泡剂添加酚醛树脂泡沫膨胀倍数逐渐增加,当膨胀倍数超过40倍后其抗压强度将低于标准指标要求,因此膨胀倍数在25～40倍时为最佳;添加高热容助剂可以有效降低最高反应温度,但添加量过大时会延长酚醛树脂泡沫的固化时间导致成型慢,进而影响施工效果,因此助剂添加量在10%～15%时,可以有效降低最高反应温度,并对固化时间影响较小。     

阳煤二矿无烟煤氧化放热特性研究

为了深入了解煤自燃过程的放热规律,采用C80微量热仪研究了阳煤二矿无烟煤的氧化燃烧过程。在此基础上,计算得到了其热力学参数并分析了其随反应过程的变化规律。根据分析结果可知:阳煤二矿无烟煤氧化放热过程呈明显的分段特性,开始释放热量的温度约为23.17℃,由缓慢氧化转换为快速氧化的临界温度大致为130℃。无烟煤在不同反应阶段的反应强度和产热产物特性也存在很大差别;煤缓慢氧化虽然反应持续时间长、温升范围较大,但该阶段释放的热量却很少,仅占煤自热过程总放热量的17.67%;而当煤氧化反应进入快速反应阶段后,煤样氧化放出的热量占总放热量的82.33%,差异显著。     

矿用固化泡沫材料在乌达煤田局部火区治理中的应用

乌达煤田火区治理采取边治理边采煤,火区治理不能对采煤造成影响。尤其是灭火材料的选择方面,首先考虑到成本低脱水较少的材料。采用矿用固化泡沫充填材料在乌达煤田火区治理过程中取得成功的经验,同时列举了2个应用实例,以说明这种材料在火区治理中的应用情况。     

矿用有机固化泡沫配方研究

为了研制出发泡倍数高、粘度强的有机固化泡沫最佳配方,首先通过分析设计出树脂液、发泡剂组合和树脂液与发泡剂质量比属于3因素3水平、2项考查指标的正交试验表L9(34),分析试验数据得出最佳发泡倍数的组合为A2B3C3或者A3B3C3;最佳粘度的组合为A3B3C3,试验结果表明既要求发泡倍数高又满足粘度强的有机固化泡沫的最佳组合为A3B3C3。     

有机矿物固化泡沫的研制及应用

为有效封堵煤矿井下漏风防治煤炭自燃，初步研制出了高膨胀率、快速反应、凝固时间可调且安全环保的有机矿物固化泡沫。探讨了有机矿物固化泡沫的发泡机理和稳泡机理；试验研究了不同组分情况下固化泡沫的性能指标；介绍了固化泡沫的特点及用途。有机矿物固化泡沫在小青煤矿W2回风石门密闭自然发火防治中取得了很好的效果。     

新型高分子泡沫堵漏材料试验研究及工程应用

针对煤矿井下破碎煤岩体力学强度低、可注性差的特点,以有机树脂为基料,配以交联剂、发泡剂等添加剂,制备一种黏度低、膨胀倍数适宜、固结体力学强度较高的新型高分子泡沫堵漏材料。通过研究不同发泡剂添加量对材料性能的影响以及材料凝胶特性变化规律,得到了材料各组分最佳配合比;并开展堵漏模拟实验,结果表明:该材料能够渗透至10 μm以下的细微裂隙,与煤体结合稳定,相对于传统堵漏材料,该材料具有优越的堵漏效果。工程试验结果表明,采用高分子泡沫堵漏材料对抽采钻孔进行堵漏处理后能够显著提高钻孔瓦斯抽采效果,延长了钻孔的抽采周期,具有广阔的工程应用前景。     

矿用高分子注浆加固材料性能特点及研究方向

分析了高分子注浆加固材料的性能缺陷及其在煤矿井下应用中的不足,指出材料本身反应温度过高、阻燃性不够、应用针对性不强等是井下高分子注浆加固材料引发次生灾害的主要原因。因此,提出反应温度低、无有害阻燃剂掺加和成本低廉等是未来高分子注浆加固材料的研究方向。     

矿用固化泡沫防灭火新技术

介绍了固化泡沫防灭火技术的组成,性能,及其在黄陵县车村二号煤矿灭火,铜川金华山煤矿进行密闭的应用效果。     

大断面全岩巷综掘工作面泡沫降尘技术

为了解决大断面全岩巷综掘工作面高浓度粉尘问题,结合大断面岩巷综掘工作面产尘特点,在对大断面岩巷综掘工作面综掘机截割破岩的过程分析后,利用Fluent软件,对大断面岩巷综掘工作面粉尘运动场进行数值模拟,并分析了粉尘运动规律及粉尘浓度分布情况,依据泡沫降尘原理,设计了大断面岩巷综掘工作面泡沫降尘工艺系统,并在淮北朱仙庄煤矿北翼胶带运输大巷大断面岩巷综掘工作面进行了现场应用。结果表明,综掘岩尘主要集中在综掘工作面回风侧,在尘源下风向的某一回风侧浓度达到最大;泡沫降尘工艺系统制备的泡沫能包裹综掘机截割头,覆盖岩壁达到提前润湿岩体,减少和抑制粉尘的产生,同时又能阻断已产生粉尘的扩散通道,对全尘和呼吸性粉尘的平均降尘效率分别为86.2%和84.4%,是水喷雾降尘效率的3.6倍和4.6倍,取得了理想的降尘效果。     

泡沫铝复合材料的制备及其阻尼性能

研究了新型轻质高阻尼泡沫铝复合材料的制备及其阻尼性能 ,通过在单纯泡沫铝孔洞中分别渗入松香、环氧树脂、环氧树脂加填料等高阻尼材料 ,制备出泡沫铝复合材料 ,然后研究它们的阻尼性能。实验研究表明 :与单纯的泡沫铝的阻尼性能相比 ,泡沫铝复合材料的阻尼性能明显优于单纯的泡沫铝的阻尼性能     

SiO生产过程反应容器与加热元件材质选择

Si基负极材料因具有较高的充放电容量而备受瞩目。其中,SiO是Si基材料中最具商业应用意义的材料。目前SiO生产企业采用的坩埚和加热元件均采用高纯石墨材质,存在着腐蚀问题。对高真空下常规坩埚材质（石墨、刚玉、碳化硅、氮化硼、氮化铝和氮化硅）和常规加热元件材质（石墨棒、硅碳棒和硅钼棒）在SiO生产过程平衡产物分布情况进行模拟。结果表明,碳化硅仅在温度超过1 080 ℃时发生较少量的腐蚀,而氮化硼在温度高于1 170 ℃时不被腐蚀,在温度低于1 170 ℃时会被腐蚀生成Si2N2O和B,其物相不与反应物料进一步反应。综合考虑其成本,SiO生产的反应容器材质宜选用SiC。对于加热元件材质的选择,硅碳棒和氧化气氛预处理后的硅钼棒均具有较少的腐蚀倾向,但从加热温度考虑,SiO生产的加热元件材质宜选用预处理后的硅钼棒。     

泡沫降尘新技术在官地矿掘进工作面的应用实践

针对官地矿掘进面现有矿尘治理技术的不足,在分析泡沫降尘机理的基础上,在该矿22608副巷掘进工作面进行了泡沫降尘的工业性试验,试验利用井下已有的压水和压缩风流为动力,通过添加器添加发泡剂,经与发泡器产生高性能泡沫,并由喷头喷射至产尘点,捕捉粉尘。测试结果表明:在掘进机司机处,泡沫对全尘的降尘效率达到82.13%,为水雾降尘的2.18倍,对呼吸性粉尘的降尘效率达到84.82%,为水雾的2.2倍,有效治理了22608副巷掘进面粉尘灾害,改善了作业面环境,提高了作业效率,现场试验表明该项技术具有很强的现场适用性。     

尖晶石Li4Ti5O12材料固相合成工艺研究

通过对Li4Ti5O12材料固相合成工艺参数的研究,确定了最佳的分段固相合成工艺条件.结果表明:原料经650℃煅烧8h,然后再经900℃煅烧2h后,得到的Li4Ti5O12材料具有单一的尖晶石结构,且材料的颗粒尺寸较小;材料具有良好的电化学性能,其中以0.2 C充放电.放电比容量可以达到165.4mA·h/g;以0.2C充电,以不同倍率(0.5C,1C,3C及5C)放电,其放电比容量随放电倍率的增加,降低的幅度较大,其中5C放电比容量为0.5C的63.78％.     

高水充填材料失稳破坏特征研究及性能改善

针对高水充填材料强度低、稳定性差等问题,对高水充填材料的性能进行改善,并通过应力-应变和蠕变试验,研究高水充填材料失稳破坏特征;通过扫描电镜与差热-热重实验,研究高水充填材料的微观结构与高水充填材料的改善机理。结果表明:高水充填材料在应力水平较小时,蠕变曲线有衰减蠕变和稳定蠕变2个阶段;当应力水平达到临界荷载时,蠕变曲线出现加速蠕变阶段;应力-应变关系曲线宏观上有4个阶段:初始变形阶段,弹性阶段,塑性变形阶段和破坏阶段;改善后的高水充填材料胶凝时间缩短,抗压强度提高,弹性模量增大,失稳破坏的临界荷载提高,变形减小;改善后的高水充填材料生成更多的钙矾石晶体和铝胶,硬化体微观结构更致密,有利于提高充填体的承载能力。     

膨胀充填材料工程力学特性的试验研究及应用

充填材料的工程力学性质对煤矿绿色开采有重要影响,是解决煤矿安全高效生产以及煤矿可持续发展的主要途径.本文以水泥、砂或粉煤灰为材料,双氧水为发泡剂制作的膨胀充填材料泡沫混凝土为研究对象,试验研究了密度为1000 kg/m3、1200 kg/m3、1400 kg/m3含砂泡沫混凝土和含粉煤灰泡沫混凝土动静载力学特性.试验结...     

神华上湾煤慢速和快速热解焦燃烧性能及其反应动力学

对神华600℃慢速焦和快速焦表面形貌和官能团进行分析的基础上,利用热重法研究了煤焦的燃烧反应性,采用修正随机孔模型（MRPM）模拟回归了神华煤焦的燃烧反应动力学。结果表明,神华慢速焦SHs的主要组成部分为密实状结构,快速焦SHf具有大量的气孔。对比SHf的红外光谱图,SHs含有较少的羟基-OH,羰基减少甚至消失,脂肪族-CH3和-CH伸缩振动减弱,有较高的芳环缩合度。燃烧特征参数表明,SHs较SHf的着火温度高,燃尽温度低,燃烧性能高。修正随机孔模型对两种焦的拟合度很高,拟合相关系数R2均为0.9997,均方根误差RMSE均为0.006。拟合SHs燃烧活化能E为60.01 KJ/mol,结构参数ψ为1,而SHf的E为44.88 KJ/mol,ψ为0.62。     

尾矿库防渗技术及防渗土工材料应用现状分析

随着尾矿库环保监管的日趋规范化,我国尾矿库防渗设施设计建设形成以判别尾矿固废类别为前提,依据尾矿库特定的渗漏条件确定具体防渗方案的形式。尾矿库渗漏类型包括临谷渗漏、坝基渗漏、绕坝渗漏等,针对渗漏类型的不同,通常采用“垂直”、“水平”或“垂直与水平防渗相结合”等多种防渗方式。本文将分析阐述尾矿库常见几种渗漏类型的判别过程,提出依据渗漏类型确定防渗技术方案一般思路。结合防渗土工材料在尾矿库内坡防渗、柔性趾板连接、水平铺盖铺设以及不良地质处理等多方面的应用,分析其对防范尾矿坝渗水跑混、降低渗透破坏风险、减小坝基渗流及满足环保防渗的作用效果；揭示提高防渗土工材料适用性仍需解决的几个关键问题；提出研发低成本、高韧、高延展性土工材料和更为安全可靠的防渗铺设技术以适应于复杂尾矿库地质环境工况,应是防渗土工材料未来发展的一个重要方向。     

五彩湾煤半焦水热脱钠提质及其燃烧特性的演变

利用电感耦合等离子体原子发射光谱仪(ICP-AES)分析新疆五彩湾原煤及其热解提质半焦中钠的赋存形式,考察了水热脱钠前后半焦的钠含量,采用热重分析仪和Flynn-Wall-Ozawa(FWO)方法建立五彩湾煤焦燃烧反应动力学模型,获得半焦燃烧动力学参数并分析脱钠对半焦燃烧特性的影响。结果表明:五彩湾原煤及其半焦中钠的赋存形式以水溶性钠为主,半焦总脱钠率高于原煤,水溶性钠的存在不利于半焦燃烧。600 ℃热解半焦的水热脱钠率高达82.59%,在所有实验焦样中,经水热脱钠后的半焦燃烧特性指数最高,燃烧活性最好。