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煤炭自燃火灾是影响煤矿生产的一大安全问题,当前防治煤矿火灾技术主要有灌浆、灌注惰气、使用阻化剂以及凝胶等。但以上技术都存在一定的缺陷,凝胶泡沫新型防灭火技术结合凝胶与泡沫的技术优势,能更有效地实现煤炭自燃防治。本文研究凝胶泡沫性能的影响因素,利用获得的新配方凝胶泡沫进行现场应用。本篇论文利用Ross-Miles法进行试验,对共计12款基础型发泡剂,根据发泡剂环保性能、所属类别、发泡能力的原则,优选出PSLC-3、PLAK-1、PAEX-3和PAOM-2型四种适合互配制备凝胶泡沫的发泡剂基础型。对四种发泡剂单独和两两互配实验,通过改变浓度、温度、比例等变量,研究其制备的凝胶泡沫发泡性能;从表面张力的角度出发,分析浓度、温度对泡沫发泡量、半衰期的影响的内在原因;确定出制备凝胶泡沫的最佳发泡剂配方;通过阻化煤炭自燃实验测试新配方凝胶泡沫煤炭防灭火性能;对4处存在大量遗煤采空区进行现场应用以验证新配方凝胶泡沫防灭火材料的实用性。主要结论有:(1)利用Ross-Miles法进行试验对单一发泡剂进行试验,从表面张力的角度出发,结合理论分析得出以下结论:(1)温度一定时,发泡剂存在最大发泡体积的最佳浓度,且最佳发泡浓度处于发泡剂CMC浓度之后。当溶液浓度达到CMC之后,伴随着浓度增加,其表面张力不但未减少,反而呈现出稍有增加的趋势,这反而可能导致发泡量的减少。(2)温度一定时,发泡剂存在稳定性最好的最佳浓度。(3)在相同浓度下,随着温度的增高,其表面张力明显下降。在相同浓度下,发泡剂存在最佳发泡能力的最佳工作温度区间。(4)在相同浓度下,发泡剂存在最好稳定性的最佳工作温度。在一定条件下,表面张力通过影响泡沫气相界面的压差,减少泡沫排液的速率有利于泡沫的稳定;但在超过CMC浓度时,表面张力并不再是控制半衰期变化趋势的主导因素,此时温度对半衰期的影响变为主导。(5)在浓度、温度的共同作用下,发泡剂存在泡沫性能最好的工作点,且在发泡剂浓度超过CMC值之后与泡沫半衰期最佳值的工作点高度重合。利用Ross-Miles法进行试验进行发泡剂互配试验,互配型发泡剂与同浓度同温度单一发泡剂对比而言,其半衰期、泡沫性能有明显改善。且获得了本次凝胶泡沫制备试验最佳的配方。(2)在相同温度条件下,经凝胶泡沫处理后的煤样释放的CO比原煤样低的多。说明凝胶泡沫有很好的阻化效果,抑制了煤的氧化和CO的释放。且新配方高性能凝胶泡沫较普通两相泡沫阻化效果更加良好。(3)对4处存在大量遗煤的煤矿采空区现场应用,深入分析自燃发火原因,确定煤层氧化发火区域,结合现场实际采取综合方案,利用高性能凝胶泡沫进行防治。从效果来看,新型防灭火材料高性能凝胶泡沫兼具多种防灭火材料的优点,能够对采空区大范围已氧化遗煤进行高、中、低位全面覆盖,有效阻止了采空区遗煤进一步氧化并能带走采空区大量热量,回风巷道内CO浓度降低到安全值,能保证工作面的安全回撤,同时有效预防采空区已氧化遗煤的复燃。