防治煤自燃的高堆积固化泡沫的制备及应用研究

作者：胡相明; 王凯; 薛迪^*; 孙公正

来源：煤炭科学技术, 2023, 1-12.

• 煤自燃
• 无机固化泡沫
• 快速凝固机理
• 充填堵漏材料
• 现场应用

漏风是引发矿井煤自燃的重要原因，而煤自燃火灾影响了矿井的正常生产。为解决传统无机固化泡沫（TISF）在充填堵漏过程中存在胶凝时间长、堆积能力弱的问题，提出经液态硅酸钠（LSS）改性制备的速凝无机固化泡沫（RISF）。研究了不同掺量的LSS对泡沫浆液胶凝时间、堆积能力等性能的影响规律，采用抗压强度、稳定性测试等表征手段，确定了LSS的最优添加量为5wt%（质量分数），RISF的28d抗压强度达2.49MPa，是TISF的1.7倍，最大密度比R为1.11，稳定性提升20%左右；胶凝时间和堆积能力的测试结果表明，与TISF相比，RISF的凝结时间大幅缩短（从683s缩短到52s），堆积能力提升（最大堆积高度提高1.9倍）。基于此，结合扫描电子显微镜（SEM）和X射线衍射（XRD）对RISF的速凝固化机理进行了探究，试验结果表明，RISF具有更多的水化产物且不同的水化产物紧密交织，颗粒水化过程中，LSS水解生成原硅酸根与溶液中的钙离子结合，加快水化反应，缩短了泡沫浆液的胶凝时间。但也发现，当LSS添加量超过5wt%时，RISF的抗压强度降低，稳定性下降，这主要是因为过量的LSS使溶液中的钙硅比例低于1.0，导致生成了低强度的水化产物。堵漏风试验和灭火试验结果表明，与TISF相比，RISF具有较高的堵漏效率和优良的防灭火性能，堵漏效率最高提升26.3%，并且在扑灭煤火时未出现复燃。RISF在利民煤矿矸石山的现场应用表明，其具有良好的降温灭火效果，有效解决了矸石山的高温难题，确保了矿井的正常生产。

• 单位
  山东科技大学