矿用复合防灭火凝胶的制备与特性研究
Study on preparation and properties of composite fire prevention gel for mine
-
摘要: 针对水玻璃凝胶失水开裂粉化、成胶时间不可控、抗压强度差以及有机凝胶流动性差、渗透范围小及成本高等问题，结合膨润土、粉煤灰胶体可塑性强，不开裂的特点；以钠基膨润土为主体原料，引入粉煤灰凝胶和水玻璃凝胶，采用一步混合法，制备了复合凝胶；通过凝胶成胶时间、抗压强度和黏度测试，探究了复合凝胶的最佳配比。复合凝胶的成胶时间在30 s~15 min之间可控，且固水比适应范围为1∶8~1∶16，具有宽固水比的特征，抗压强度最大达到25 MPa，在此基础上采用扫描电镜对复合凝胶防灭火材料的表面形貌进行了表征，分析了胶体的微观结构。结果表明：复合凝胶的微观结构中存在Al-O-Si三维网状结构与水化硅酸钙（C-S-H）和水化硅酸铝（A-S-H）等胶凝性产物相互交联而形成的网络结构，据此，提出了该复合凝胶的成胶机理。Abstract: In view of the problems of hydration cracking and powdering, uncontrollable gelation time and poor compressive strength of sodium silicate gel, poor fluidity, small penetration range and high cost of organic gel, combined with the characteristics of strong plasticity and non-cracking of bentonite and fly ash gel, by introducing fly ash and sodium silicate gel, the composite gel was prepared by one step mixing method with sodium bentonite as the main raw material. The optimum ratio of the composite gel was studied by gelation time, compressive strength and viscosity test. The gelation time of the composite gel is controllable between 30 s and 15 min, and the solid/water ratio is suitable from 1∶8 to 1∶16, which has the characteristics of wide solid/water ratio, and the maximum compressive strength is 25 MPa. On this basis, the surface morphology of composite gel fire prevention materials was characterized by scanning electron microscopy, and the microstructure of gel was analyzed. The results showed that Al-O-Si three-dimensional network structure was crosslinked with calcium silicate hydrate（Ｃ－Ｓ－Ｈ） and aluminum silicate hydrate（Ａ－Ｓ－Ｈ） in the microstructure of the composite gel. Based on this, the gelling mechanism of the composite gel was proposed.
-
-
[1] 唐锡良．凝胶防灭火技术的探讨和应用[J]．湖南安全与防灾，2005（8）：43－45. [2] 霍中刚，高玉峰，刘继文．凝胶、汽雾阻化防火技术在易燃分层复采工作面的应用[J]．煤矿安全，2000，31（7）：17－18. [3] 郭玉森．气雾阻化防治工作面采空区煤炭自燃的实践[J]．煤矿安全，2002，33（8）：17－19. [4] 贾海林，余明高，李定启，等．煤矿内因火灾防治方法及其有效性分析[J]．河南理工大学学报（自然科学版），2005，24（1）：9－12. JIA Hailin, YU Minggao, LI Dingqi, et al. Internal fire prevention and cure methods and its validity analysis[J]. Journal of Henan Polytechnic University（Natural Science）, 2005, 24（1）: 9-12.
[5] 梁强．复合惰性气体在采空区自然发火防治中的应用[J]．能源与节能，2019（8）：160. LIANG Qiang. Application of composite inert gas in the prevention and control of spontaneous combustion in goaf[J]. Energy and Energy Conservation, 2019（8）：160.
[6] 张飞，王贵林，殷跃，等．煤自燃发火综合防治方法研究[J]．煤，2011，20（1）：21－23. ZHANG Fei, WANG Guilin, YIN Yue, et al. Prevention and control of coal spontaneous combustion comprehensive method[J]. Coal, 2011, 20（1）: 21-23.
[7] 王德明.矿井防灭火新技术—三相泡沫[J].煤矿安全，2004，35（7）：16-18. [8] 于相增.鹤煤二矿防灭火技术实践[J].中州煤炭，2010（11）：111-112. [9] 刘英学，邬培菊．黄泥灌浆防止采空区遗煤自燃的机理分析与应用[J]．中国安全科学学报，1997，7（1）：36-39. LIU Yingxue, WU Peiju. Mechanism and application of thick loess fluid pouring for prevention of spontaneous combustion of residual coal in goaf[J]. China Safety Science Journal, 1997, 7（1）: 36-39.
[10] 刘英学.清水灌注抑制易燃采空区遗煤氧化及自燃的机理研究与应用[J].煤炭学报，2002，27（3）：237. LIU Yingxue. Study on the mechanism and application of fresh water pouring for prevention of oxidation and spontaneous combustion of residual coal in goaf[J]. Journal of China Coal Society, 2002, 27（3）: 237-241.
[11] 徐精彩，文虎，邓军，等．凝胶防灭火技术在煤层内因火灾防治中的应用[J]．中国煤炭，1997（5）：28－30. [12] 王学栋．西铭矿49309工作面自燃火灾治理技术推广[J]．山西焦煤科技，2004（Ｓ1）：24－25. [13] 杨开．弹性水玻璃互穿网络凝胶的制备及封堵性能评价[J]．精细石油化工进展，2017，18（2）：5－8. YANG Kai. Gel of elastic sodium silicate IPN and its plugging performance[J]. Advances in Fine Petrochemicals, 2017, 18（2）: 5-8.
[14] 阮国强．鲍店煤矿粉煤灰胶体防灭火技术研究[D]．西安：西安科技大学，2006. [15] Provis J L, Bernal S A. Geopolymers and related alkali-activated materials[J]. Annual Review of Materials Research, 2014, 44: 299-327. [16] M B Mohd Salahuddin, M Norkhairunnisa, F Mustapha. A review on thermophysical evaluation of alkali-activated geopolymers[J]. Ceramics International, 2015, 41（3）: 4273-4281. [17] WU Yanguang, LU Bowen, BAI Tao, et al. Geopolymer, green alkali activated cementitious material: synthesis, applications and challenges[J]. Construction and Building Materials, 2019, 224: 930-949. [18] 张书政，龚克成．地聚合物[J]．材料科学与工程学报，2003，21（3）：430－436. ZHANG Shuzheng, GONG Kecheng. Geopolymer[J]. Journal of Materials Science and Engineering, 2003, 21（3）: 430-436.
-
期刊类型引用(5)
1. 朱家伟. 煤层气储层破坏机理及其影响分析. 科技资讯. 2023(19): 173-176 . 
百度学术
2. 闫发志，王一涵，周婧，杨永丹，彭守建，蒋长宝. 电脉冲对烟煤官能团及甲烷吸附特性影响研究. 煤矿安全. 2022(04): 7-12 . 本站查看
3. 唐巨鹏，赖堂锐，陈明扬. 有效应力改造对煤系页岩裂缝起裂扩展影响试验研究. 固体力学学报. 2022(06): 716-726 . 百度学术
4. 李春明，赵胤翔，赵金昌，杨双锁，马忠忠. 预制裂纹对水中高压电脉冲致裂煤岩体的影响. 煤矿安全. 2021(07): 27-32 . 本站查看
5. 安坤尧，杨云杰，柳晓莉. 含瓦斯煤渗透率各向异性实验研究. 华北理工大学学报(自然科学版). 2020(04): 30-33+60 . 百度学术
其他类型引用(5)
计量
- 文章访问数: 64
- HTML全文浏览量: 0
- PDF下载量: 24
- 被引次数: 10
下载:
