矿用煤自燃阻化剂研究进展与展望

基于矿用煤自燃阻化剂在煤矿防治中的重要作用,介绍了目前矿用煤自燃阻化剂的研究进展和技术应用现状,探讨了物理阻化剂(如MgCl_(2)、CaCl_(2)等盐类阻化剂)、化学阻化剂(特别是抗氧化类阻化剂)、复合阻化剂以及生物阻化剂的分类。基于大量实验研究,详细阐述了各类阻化剂的作用机理、应用工艺及其主要优缺点。研究结果表明:物理阻化剂中的MgCl_(2)对气煤的平均阻化效率可达63.6%,CaCl_(2)对长烟煤的平均阻化效率可达47.6%;化学阻化剂中的抗氧化类阻化剂阻化效率通常为50%~80%;复合阻化剂通过协同作用,能将煤自燃的氧化速率降低到60%~90%;生物阻化剂在特定条件下,能将煤自燃的时间推迟2 d。然而,现有各类阻化剂仍存在阻化寿命短、成本高、可能引发环境污染、设备腐蚀以及产生有毒有害气体等问题。研究结果可为矿用阻化剂材料的研发及其应用工艺的未来发展趋势提供参考。

卤盐阻化剂对煤自燃阻化作用的定量识别及机理

煤自燃灾害严重影响煤矿安全生产,卤盐阻化是防治煤自燃灾害的主要措施之一。优化阻化工艺、提高阻化效果的前提是掌握阻化剂的物理、化学阻化作用机制。为此,探究卤盐阻化剂对煤自燃的主要抑制方式,明确其物理、化学作用对煤层阻化的贡献比显得尤为重要。基于此,提出一种定量识别卤盐阻化剂阻化作用的方法。本次研究卤盐中具有代表性的MgCl_(2)阻化剂,采用超声波清洗器多次反复冲洗阻化煤样和水洗煤样,得到水洗阻化煤样和水洗参考煤样。通过程序升温试验和红外光谱试验研究不同煤样的指标气体浓度、交叉点温度、阻化率和活性基团的变化规律,从宏微观角度研究卤盐阻化剂的物理、化学阻化作用。结果表明:水洗阻化煤样的产气浓度、交叉点温度、阻化率和活性基团含量明显低于原煤样,却高于阻化煤样,这说明MgCl_(2)阻化剂对煤自燃起到协同抑制作用,具有物理化学双重阻化效果。煤氧化反应前期,物理阻化作用大于化学阻化作用,煤氧化反应后期,化学阻化作用占主导地位,明显高于物理阻化作用。MgCl_(2)的化学抑制作用体现在能与煤中活性物质反应生成比较稳定的物质(ROCl)和镁络合物(Mg(OH)Cl),使得煤的活性下降,从而降低了煤的自热风险。MgCl_(2)阻化剂物理、化学阻化作用对平庄褐煤的贡献比分别为56.37%和43.63%,对同忻烟煤的贡献比为57.91%和42.09%,对白芨沟无烟煤的贡献比为59.60%和40.40%。随着煤样变质程度的增加,物理阻化作用贡献比增加,化学阻化作用贡献比减小,平庄褐煤的化学阻化作用是白芨沟无烟煤的1.08倍。该研究有助于丰富卤盐阻化剂的阻化机理,并为优化防灭火工艺提供理论指导。

镁盐阻化剂抑制煤自燃特性的实验研究

为了研究镁盐(六水氯化镁+氢氧化镁)对煤自燃阻化特性的影响,利用同步热分析法、程序升温-气相色谱联用实验先后研究阻化剂用量和硅烷偶联剂的加入对煤自燃特征温度、热效应等方面的影响规律。结果表明:镁盐阻化剂添加量为_(30%)时阻化效果相对最好,热解温度T3比原煤样延后40℃,总放热量减少165.14 J/mg;加入硅烷偶联剂后的F@M_(30%)·G阻化煤样主要推迟煤体热解及着火的发生,其中热解温度T3较原煤升高49℃、着火温度T4升高26℃;F@M_(30%)阻化煤样可降低CO的体积分数,抑制煤自燃效果随温度升高逐渐增强,添加硅烷偶联剂后阻化煤样的CO体积分数能减少约4×10^(-6), F@M_(30%)阻化煤样的阻化率为30.87%、F@M_(30%)·G阻化煤样阻化率高达91.57%。

煤矿用凝胶阻化剂的优化及性能研究

文章首先将凝胶阻化剂与粉煤灰相结合,采用单变量实验方法,通过检测胶凝时间长短,制备出一种优化后的凝胶阻化剂新配方:海藻酸钠为7%,交联剂为3%,碳酸钠为1.5%,粉煤灰为15%,剩余组份为水,并对比不同粉煤灰粒径大小对凝胶胶凝时间的影响;其次,通过对优化后的新型凝胶阻化剂的保水和凝胶强度性能进行分析,得出新型阻化剂在性能方面的改善措施;最后,在封堵和连结性能上将新型凝胶阻化剂与常用的氯化镁凝胶阻化剂进行对比,分析新型凝胶阻化剂在应用性能方面的优点。

关于添加阻化剂预防印尼煤高温自燃的试验研究

为了较好地防治印尼煤在港口堆存过程中出现的高温自燃问题,对市场上主流的4种煤自燃阻化剂产品进行了效果评价试验,结果表明,4种阻化剂均有减缓热值损失的效果;当阻化液浓度在5%、阻化液的加入量为20 g时,阻化率都在40%以上,阻化寿命基本都能达到200 min。选出了效果相对较优的两种阻化剂进行了现场煤堆验证试验,结果表明,添加阻化剂能有效减缓煤堆低温氧化进程,按本次的添加量可以使印尼煤堆高温和冒烟着火出现的时期延缓约6 d。

煤矿高吸水阻化剂气动定量喷洒装置设计

采用高吸水阻化剂能够降低采空区遗失煤炭(地面煤场储存的易自然发火煤炭)的自然发火风险。针对高吸水阻化剂40~200目颗粒状,不同于氯化盐类阻化剂可用柱塞泵喷洒,高吸水阻化剂吸水后黏度大,不能采用传统喷洒设备问题,研究提出了高吸水阻化剂新型气动定量式专用喷洒装置,解决了高吸水阻化剂定量远距离输送和喷洒作业的难题。

防止煤炭自燃的新型阻化剂研究

煤炭与橡胶（塑料）的氧化均为自由基链式反应．根据它们氧化机理的相似性，选择橡胶防老剂为煤炭氧化的阻化剂，研究了防老剂对义马耿村矿长焰煤的化学阻化作用．结果表明，防老剂对长焰煤的氧化有显著的阻化效能和优良的后期阻化作用。

煤自燃阻化剂选择及喷洒工艺研究

为开发能有效预防煤炭自燃的阻化剂,提高阻化效果,减小阻化剂对煤矿机械的腐蚀作用,系统研究阻化剂中添加缓蚀剂与润湿剂的种类、浓度对阻化效果的影响。利用着火活化能方法判定阻化效果。最后,研究阻化剂喷洒工艺。结果表明,配制的混合型阻化剂溶液能提高煤的着火活化能,提高阻化效果;利用注氮与注气雾阻化剂一体化的喷洒阻化剂工艺,能实现N2和阻化剂的防火双保险。

以着火活化能变化为指标的优选煤自燃阻化剂研究

为解决目前煤矿阻化剂防灭火时存在的许多煤矿使用同一种阻化剂但是效果不同、达不到理想效果的问题,采用热重(TG)试验和热解动力学方法,以天池矿102工作面的煤样为例,对煤在3种阻化剂阻化前后进行TG试验。将煤氧化自燃过程分为失水失重、氧化增重和燃烧失重3个阶段,并将煤氧化增重阶段的活化能定义为煤的着火活化能,计算煤样氧化3个阶段的活化能。采用以煤阻化前后的着火活化能的变化为评价指标的阻化剂优选方法,优选出适用于天池煤矿的阻化剂。结果表明:阻化剂主要在煤低温氧化阶段起阻化作用,能使煤的失水活化能和着火活化能显著提高;对燃烧活化能几乎无影响;不同阻化剂对煤氧化3个阶段的活化能影响差异较大。

脱氧型阻化剂对煤自燃的抑制效果

为对脱氧型阻化剂抑制煤自燃效果进行研究,在耗氧试验的基础上,进行抑制煤自燃试验,以CO生成量为指标对其进行优选。研究表明,无机盐阻化剂在添加耗氧剂等成分配制成脱氧型阻化剂后,不仅具有较好的耗氧效果,还具有比无机盐阻化剂更好的抑制煤自燃效果,且耗氧效果越好,抑制煤自燃的效果也越好;试验优选出的抑制煤自燃效果最好的配比为1.5 g还原性Fe粉、0.6 g硅藻土以及0.15 g MgCl_2,阻化效率比无机盐阻化剂提高了43.8%以上;在一定范围内,温度越高,脱氧型阻化剂的阻化效果越好;脱氧型阻化剂对粒径越小的煤样阻化效果越差,但当煤样粒径减小到80目时,再减小煤样的粒径,其抑制煤自燃效果已无明显差别。

煤自燃阻化剂性能评价的程序升温氧化法研究

对几种阻化剂进行了程序升温氧化法测定,获得了在氧气量充足情况下原煤样与各阻化煤样的时间-温度曲线。对传统阻化剂阻化效果测试手段和阻化率的计算方法进行了讨论,提出基于程序升温氧化法的新的阻化率和阻化效果计算方法,并分析了本实验中几种阻化剂的阻化原理,比较了其阻化效果。

不同阻化剂对煤自燃临界温度影响的实验研究

采用水玻璃、CaCl2、凝胶三种阻化剂对湖西褐煤、大佛寺不粘煤、袁庄气肥煤、新丰贫煤四种不同变质程度煤样进行处理后,测试其在程序升温条件下40～180℃范围内CO的浓度,并计算临界温度。结果表明经阻化剂处理后的煤样,临界温度均发生了不同程度的升高,其中经CaCl2处理后的煤样临界温度最高,说明CaCl2阻化剂能更有效地抑制活性官能团较早的参与化学反应,从而延缓煤的氧化。

氯盐阻化剂对煤自燃极限参数影响的试验研究

阻化技术是防治煤自燃的常用技术之一,研究阻化剂对煤自燃极限参数的影响是确定阻化效果的关键。采用程序升温试验,分析气煤和长焰煤的原煤样和经Mg Cl2、KCl、Ca Cl2、Na Cl 4种阻化剂处理后的煤样耗氧速率和放热强度,并计算自燃极限参数和阻化率。结果表明:氯盐阻化剂可降低煤自燃低温阶段的煤耗氧速率和放热强度;4种阻化剂中对气煤煤样的平均阻化率最高是Mg Cl2(63.6%),对长焰煤则是Ca Cl2(45.9%),平均阻化率与自燃极限参数变化率呈正相关;气煤经Mg Cl2处理后自燃极限参数变化率最大,长焰煤经Ca Cl2阻化处理后的自燃极限参数变化率最大,对于气煤4种阻化剂阻化能力由大到小为Mg Cl2、KCl、Ca Cl2、Na Cl,对长焰煤则为Ca Cl2、Mg Cl2、KCl、Na Cl;氯盐阻化剂中Mg Cl2对气煤自燃极限参数影响最大,阻化效果好,而对长焰煤则为Ca Cl2。

煤自燃阻化剂浓度优选及高效喷洒系统应用

为解决矿井工作面采空区的遗煤低温氧化问题,基于煤样氧化燃烧热重分析数据,以着火活化能为指标进行Mg Cl2阻化剂喷洒浓度优选,建立阻化剂高效喷洒系统,以工作面支架后部多点自动喷洒方式进行阻化剂初次全面喷洒,以高压N2为载体,向采空区深部送入汽雾阻化剂进行二次扩散喷洒。应用结果表明:阻化剂质量分数15%符合遗煤阻化要求。遗煤被阻化液充分湿润后实现初次阻化;汽雾阻化剂被N2载带进入采空区深部。汽雾阻化液滴具有粘结与蒸发2方面特性,其分布范围主要集中于采空区进风侧,回风侧采空区则以N2惰化作用为主、汽雾阻化剂阻化作用为辅,使得采空区深部CO浓度降低为0。

以耗氧时间为指标的脱氧型阻化剂优选试验研究

为进一步改善无机盐阻化剂抑制煤自燃的效果,在无机盐阻化剂中添加耗氧剂等成分,配制出具有耗氧与隔氧双重作用的脱氧型阻化剂。通过正交试验,得出不同配比脱氧型阻化剂的耗氧时间,并根据耗氧时间分析其在不同采空区中的适用性。研究表明,NaCl,CaCl2和MgCl2等3种无机盐对耗氧时长影响的显著性为R（CaCl2）〉R（NaCl）〉R（MgCl2）,因此,只含有MgCl2的脱氧型阻化剂耗氧速度最快,其组成为1.5 g还原性Fe粉、0.6 g硅藻土以及0.15 g MgCl2;当温度为20~99℃时,该配比脱氧型阻化剂的比耗氧时间随温度的升高而缩短。

化学阻化剂防治煤自燃及其阻化机理分析

为分析化学阻化剂防止煤自燃的阻化机理,选用质量分数为1%～20%的过硫酸钠阻化剂对煤样进行化学阻化处理,同时用清水处理的煤样作为参考。采用程序升温氧化法对煤样进行模拟氧化试验,从宏观上分析阻化前后煤样自燃特性的变化;用傅里叶红外光谱仪对煤样进行测试,从微观上分析阻化前后煤样主要活性基团的变化规律。综合分析得出:在低温阶段使用质量分数为5%的过硫酸钠阻化剂效果最好。过硫酸钠阻化剂可以促使煤中活性基团生成比较稳定的醚类、烷基类、羧酸类,可以有效防治煤自燃。

氯盐阻化剂抑制煤初次和二次氧化特性的实验研究

为了研究阻化剂对煤样初次与二次氧化特性的影响,选用KCl、Ca Cl2、Mg Cl2和Na Cl等4种常用阻化剂对原煤样和初次氧化煤样分别进行处理,通过程序升温实验,研究阻化剂对煤的两次氧化过程自燃特性的影响程度。研究结果表明:阻化剂对初次氧化煤样的阻化率影响较大,对二次氧化煤样的耗氧速率影响较大,对两种煤样自燃的临界温度均有较大的提高;阻化剂对煤的初次氧化和二次氧化过程均有较好的阻化作用,对初次氧化煤样的阻化效果更明显;4种常见的氯盐类阻化剂对煤样两次氧化过程阻化能力大小的排序均为Mg Cl2>Ca Cl2>Na Cl>KCl。

阻化剂对采空区遗煤初次和二次氧化特性的影响

为掌握阻化剂对煤自燃的影响规律,基于煤自燃程序升温试验,测试了用CaCl2、MgCl2、NH4Cl、NH4H2PO3阻化后,采空区遗煤的初次氧化和二次氧化自燃特征参数。结果表明,阻化剂对煤样初次氧化的阻化效果依次为NH4Cl〉Ca Cl2〉Mg Cl2〉NH4H2PO3,对煤样二次氧化的阻化效果依次为NH4Cl〉NH4H2PO3〉Ca Cl2〉MgCl2;经阻化后的煤样参数φ（CO）/φ（CO2）及拐点温度较原煤样均有所降低。对于初次和二次氧化的采空区遗煤,在30~103℃时,阻化剂能起到阻化作用;在103~140℃时,阻化剂起到了促燃作用。

LDHs复合阻化剂对煤阻化性能的试验研究

为了降低神府煤的自燃危险性,采用原位共沉淀法制备了锌镁铝水滑石粉状复合阻化剂,将其与神府矿区长焰煤种按比例进行机械混合制成阻化煤样。利用热重/差示扫描量热仪-傅里叶变换红外光谱仪联用技术对阻化煤样进行分析表明,热重(TG)曲线各特征温度点比原煤总体上滞后,煤着火点提高,阻化剂混合量达到煤样的20%时,滞后现象明显,放热峰温度从135℃升高到560℃,峰面积明显降低,说明锌镁铝水滑石粉状复合阻化剂多级吸热抑制了煤氧化。傅里叶变换红外光谱(FTIR)图谱显示,加入阻化剂煤样CO释放量明显减少,因此锌镁铝水滑石粉状复合阻化剂对神府煤的阻化效果明显。

新型凝胶阻化剂的研究与应用

系统地研究了凝胶阻化剂不同浓度配比的凝固时间．通过阻化效果和吨煤吸液量的实验与分析，对新型凝胶阻化剂的现场应用提供了主要依据。