论文部分内容阅读
煤炭自燃是威胁煤矿安全生产的重大灾害之一,严重地威胁着人民的生命财产安全,阻碍了煤炭工业的可持续发展,影响社会稳定。煤层自燃防治的关键技术是自燃火灾的早期预测预报、火源位置的精确探测和火区信息检测,其主要解决3个问题,即:何时发生自燃（when）,自燃的程度如何（how）,自燃火源的位置（where）。因此,本论文主要针对上述三个关键难题,从实验室研究、现场实测研究开发了新的防灭火技术装备及材料,并成功地进行了现场应用。本文根据现场实际条件,利用自行研制的煤自燃与测氡实验台,模拟现场蓄热情况、漏风状况、浮煤粒度和厚度,依靠煤体自身氧化放热升温,并跟踪测定整个过程中温度和气体的变化情况,对神东矿区康家滩煤样自燃过程进行了实验研究和分析,首次提出了煤自然发火当量强度的概念,并应用MSC.NASTRAN高型通用有限元结构分析软件对煤自燃温度场进行了数值分析,实时动态模拟了温度场的变化情况,测定了煤在达到燃点时的自然发火当量强度。在国内外首次应用CFD技术研究采空区自燃危险区域,自主开发了井下移动式火灾气体束管采样系统。利用CFD模拟技术,对神东矿区补连塔31401综采工作面采空区气体进行了长期观测,结合SF6示踪气体测定采空区流场和漏风状况,得出采空区气体流场的运移规律及采空区自燃“三带”。开发了相应的防灭火装备及材料,并在自然发火严重的矿区进行了应用,主要有井下移动式火灾气体束管采样装备,解决了全矿井束管监测系统难于维护的难题;开发的地面钻孔测温仪和气体采样装备解决了灭火过程中孔温度的测定、气体信息采集的难题;井下钻孔测温仪采用无电源设计可监测煤壁及采空区内部温度;井下移动式灭火凝胶泵为井下局部灭火提供了设备支持和技术保障。首次将聚氨酯弹性体防水堵漏材料应用于矿井进行漏风堵漏。在矿用聚氨酯弹性体堵漏材料性能研究的基础上,确定了聚氨酯弹性体的组成配比及抗静电剂种类,利用表面处理后的纳米SiO2和TiO2对聚氨酯弹性体进行改性处理,制备了增强增韧的聚氨酯弹性体纳米复合材料。并对聚氨酯弹性体纳米复合材料进行了X射线衍射（XRD）、场发射扫描电子显微镜（FESEM）、红外光谱（FT-IR）、热重（TGA）的表征,以及疏水性、力学性能和阻燃性能的测试。获得了力学性能优良,具有抗静电功能和阻燃功能的纳米改性聚氨酯弹性体并将其成功应用于井下,取得了良好的堵漏效果。