煤制油气化灰渣防灭火凝胶的制备及性能

针对煤制油气化灰渣堆积造成环境污染和固废资源浪费等问题,本研究提出以气化灰渣为基料、羟丙基甲基纤维素(HPMC)为胶凝剂,制备气化灰渣凝胶煤矿防灭火材料,使用扫描电镜和傅里叶红外光谱仪分析其微观形貌与表面官能团特征。考察了材料的胶凝时间、热稳定性及保水性,确定了气化渣凝胶最优配方为水灰比1∶1.25、HPMC添加量1.5%(质量分数)。该凝胶较好抑制了煤自燃过程中羟基、甲基、亚甲基、取代芳烃、醚碳氧键等官能团反应,与未经凝胶处理的煤样相比,经凝胶处理的煤样在80℃时芳香烃峰面积减小11.85%,脂肪烃峰面积减小43.07%,120℃时芳香烃峰面积减小27.36%,脂肪烃峰面积减小44.23%。凝胶处理的煤样在氧化升温过程中,100℃时CO浓度降低65.07%,200℃时CO浓度降低53.09%,C 2H 4浓度降低23.68%。微观和宏观结果表明,气化灰渣凝胶较好地抑制了煤自燃进程,阻化性能优于CaCl 2,可有效防治煤自燃灾害,解决灰渣堆积问题,实现固废资源化利用。

纵向风与细水雾耦合抑制矿井巷道火灾数值模拟研究

为研究纵向风与细水雾耦合抑制矿井巷道火灾特性,通过FDS构建矿井巷道输送带火灾蔓延几何模型,设计了4×4的正交实验与4组对比试验,开展纵向风与细水雾耦合作用对矿井火灾冷却降温、稀释CO_(2)效果研究。结果表明:在一定范围内,风速越大,抑制火灾效果越好;火灾温度与CO_(2)浓度随雾通量的增加而减小;相比不施加纵向风和细水雾的工况,单独施加2.5 m/s的纵向风,温度峰值下降260℃;单独施加60 L/min细水雾,温度峰值下降271℃;同时施加2.5 m/s的纵向风与60 L/min细水雾,温度峰值下降457℃。纵向风提高了火焰反应区域的雾通量,增加了细水雾作用时间与卷吸体积,更有效地发挥吸热与稀释二氧化碳浓度的作用。

煤制油气化灰渣灌浆悬浮性能研究

提出一种将气化灰渣作为灌浆防灭火材料灌注到井下采空区的思路。为有效解决在灌浆过程中气化灰渣浆液易堵塞管道的问题,通过一系列实验,研究了黄原胶、羧甲基纤维素(CMC)和钠土等3种悬浮剂对气化灰渣浆液的悬浮率和流动度的影响。结果表明:随着悬浮剂添加量的增加,浆液的悬浮率逐渐上升,流动度逐渐降低;当黄原胶、CMC、钠土的添加量分别为0.25%、1.50%、3.00%时,悬浮率达到最大,分别为81.82%、72.73%、53.24%;在3种悬浮剂中,黄原胶对气化灰渣的悬浮效果最好,CMC次之,钠土最差;浆液中添加黄原胶时,浆液的流动度最差,不利于浆液的管道输送;当添加钠土时,浆液的流动度最好,但是容易出现水灰分离,堵塞管道。综合悬浮率和流动考虑,选取CMC作为悬浮剂。

气化灰渣灌浆流动特性实验研究

通过元素分析和X射线荧光光谱分析,分析了气化灰渣含有的元素和化学成分,提出将气化灰渣作为灌浆防灭火材料灌注到井下采空区;为解决气化灰渣浆液远距离运输过程中易堵塞管路的问题,以高分子表面活性剂羧甲基纤维素(CMC)为悬浮剂,利用悬浮与流动实验,测试了不同水灰比和不同悬浮剂添加量下浆液的析水率和流动性能。结果表明:气化灰渣中含有多种金属元素和非金属元素,这些元素主要以氧化物的形式存在,含量较高的氧化物有SiO_(2)、Fe_(2)O_(3)、CaO、Al_(2)O_(3);当气化灰渣和CMC的添加量增加时,浆液的析水率逐渐减小,流动度逐渐降低;通过对比浆液悬浮性和流动性,水灰比为1∶0.2时,最佳CMC添加量是1.25%;水灰比为1∶0.4、1∶0.6、1∶0.8时,CMC最佳添加量为0.5%;当水灰比为1∶1时,CMC最佳添加量为0.25%;水灰比超过1∶1时,浆液呈现膏状,不满足灌浆的要求。