煤炭是关系国家经济命脉和能源安全的重要基础产业之一,合理安全的开发煤炭资源至关重要,而91%以上的矿井火灾是在煤矿勘探开采过程中由于煤炭自燃所引起的,不仅浪费资源、造成污染、导致人员伤亡与经济损失,还会诱发瓦斯爆炸等次生灾害。国内外相继研发了多种煤炭防灭火技术,其中的温敏相变凝胶因其较强的低温流动与高温相变凝固堵漏的特性逐步收到关注。基于此,本文通过材料研究与复配,制备出一款新型AB型温敏相变凝胶,并通过微观角度和宏观角度设计实验优化凝胶的配方及验证其防灭火效果。首先针对不同协因素作用影响的因变量设计实验,对比确定了搅拌时间、聚合水温、阻燃剂、充填剂材料的选择与比例,消除后续实验中协因素的影响。其次采用控制变量与正交实验分析粘度变化,配合宏观相变观测,性能优化后确定了AB组分温敏相变凝胶的浓度配比,即A组分为PEG:MC:CMC:G=3:3:6:0.75,B组分为20wt%膨润土悬浮液:20wt%高岭土悬浮液:氢氧化镁=2:1:1,并综合相变现象与成本,初步确定AB组分最优混比为A:B=1:2或1:3。制备不同配比的凝胶+煤样进行微观性能测试。通过TGA与DSC热分析,得出温敏相变凝胶可在低温阶段减缓煤炭随温度的质量变化并降低热量的释放,且验证了A:B=1:2的配比效果最佳。分析DSC的玻璃转变曲线,得出温敏凝胶的LCST在50-55℃,且随着B胶体占比的增加,LCST降低,验证温敏凝胶可通过改变AB组分比例调整靶向相变温度的可行性。通过红外光谱分析官能团变化,得出高温时煤样与凝胶之间未发生化学反应生成新物质,并且温敏凝胶可增大煤样的活化能,有效减弱了煤自燃氧化的能力。测试不同条件下的温敏凝胶的力学性能。分析流变曲线得到不同条件下的温敏凝胶均表现出相似的屈服流体流变特征,呈现剪切稀化特征,且80℃下的温敏凝胶呈现非常规流体变化特征,说明已然转变为有类固体的混合物。基于方程模型拟合得出特定条件下温敏凝胶的本构方程,为后续现场应用提供理论基础。实验室内宏观测试温敏凝胶的防灭火效果。利用铁板恒温加热,改变温度观测不同组分比例的温敏凝胶的相变程度,发现A:B=1:2的温敏凝胶可实现前期较强流动,相变后低温形成锁水性较强的致密薄膜,高温形成可堵漏类固体的效果。进行程序升温实验与搭建简易灭火平台测试不同阻化剂对燃烧煤体的抑燃效果,可得温敏凝胶相对于传统阻化剂、新型胞衣凝胶的灭火效果都更稳定更有效。该论文有图50幅,表31个,参考文献84篇。