【摘 要】
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在“碳达峰碳中和”的能源背景下,我国煤炭行业将转向“降低产量、提高质量”的发展路线,而安全生产是大前提。采空区煤自燃是煤矿生产过程中的重大安全隐患,容易与瓦斯耦合引发瓦斯爆炸等复合热动力学灾害,造成巨大的人员伤亡与财产损失。为了更好的提高煤矿开采过程中的安全工作质量,本文提出以纳米氢氧化铝（ATH）无机阻化剂为固相颗粒的三相泡沫体系,以实验筛选复配制备的发泡剂溶液为液相,在氮气作用下形成稳定的纳米
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在“碳达峰碳中和”的能源背景下,我国煤炭行业将转向“降低产量、提高质量”的发展路线,而安全生产是大前提。采空区煤自燃是煤矿生产过程中的重大安全隐患,容易与瓦斯耦合引发瓦斯爆炸等复合热动力学灾害,造成巨大的人员伤亡与财产损失。为了更好的提高煤矿开采过程中的安全工作质量,本文提出以纳米氢氧化铝（ATH）无机阻化剂为固相颗粒的三相泡沫体系,以实验筛选复配制备的发泡剂溶液为液相,在氮气作用下形成稳定的纳米ATH三相泡沫体系。该泡沫体系相较于传统粉煤灰三相泡沫,在发泡性能及稳定性性能上有了明显提高,同时还具备很强的防灭火性能和消烟性能。本文的研究成果如下:通过泡沫性能以及微观形貌分析,研制出一种高性复合发泡剂。当非离子表面活性剂E与阴离子表面活性剂B以1:1复配时,能发生明显的协同增效反应,增强泡沫性能。创新性使用粒径分析法确定泡沫溶液的最优浓度,当泡沫浓度到达0.4%时,表面活性剂分子在溶液中形成胶束,泡沫体系的平均粒径以及标准偏差会发生显著变化。研究了纳米颗粒对泡沫发泡性能、稳定性、界面特性及流变特性的影响。实验结果表明:纳米颗粒能增强Marangoni效应,提高泡沫液膜的机械强度,使泡沫体积大幅增长。纳米颗粒能阻塞液膜并形成三维网状结构,大幅提高泡沫的稳定性,当加入的纳米颗粒浓度达到2%,泡沫析液半衰期由78s大幅延长至453s。粘度测试及流变分析结果表明,纳米ATH三相泡沫属于假塑性流体,在剪切作用下表现出良好的稳定性,体系稠度随纳米颗粒浓度的增加而增加。研究了纳米ATH三相泡沫的阻化性能和抑燃消烟性能,实验结果显示:与其他阻化材料相比,纳米ATH三相泡沫拥有优异的低温阻化和高温抑燃性能。低温下,纳米ATH三相泡沫能延长交叉点温度出现时间,抑制指标性气体的释放;并在升温过程中抑制煤样官能团变化,延缓氧化升温过程。高温环境下,纳米ATH三相泡沫能有效降低煤样的失重率以及最大失重速率,延长各特征温度点尤其是着火温度点的出现时间,延长煤样的点燃时间,削弱了点燃瞬间火焰的强度以及热量的释放,并拥有良好的消烟能力。图[45]表[10]参[79]
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