復合膠體防滅火材料的性能研究

摘要：近幾年來，火災給企業(yè)和人們的生命財產(chǎn)安全帶來的危害已經(jīng)得到了相關部門的高度重視，尤其是煤礦火災，由于礦井存在煤層自燃發(fā)火的危險，因此，加強煤礦火災預防工作已經(jīng)成為了一項不容忽視的工作。本文通過對煤礦火災的特點進行分析，在此基礎上提出一種新型復合膠體防滅火材料，并通過實驗對其性能進行測試和研究，確保能夠?qū)⑵渥饔贸浞职l(fā)揮出來。

關鍵詞：符合膠體 滅火材料 性能

據(jù)統(tǒng)計，我國目前現(xiàn)有煤礦中，存在煤層自燃發(fā)火危險的煤礦占有總數(shù)的50%以上，從而很容易引起煤礦火災的發(fā)生，嚴重影響了我國煤礦企業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。雖然煤礦企業(yè)的管理人員對此采取了諸多治理措施，在抑制煤層自燃火災中也起到了重要的作用，但是由于我國目前煤礦生產(chǎn)管理仍然存在一些有待解決的問題。

因此，這些技術的開展也存在一定的局限性。復合膠體防滅火材料的選用，不僅在很大程度上減少了火災發(fā)生的次數(shù)，而且為企業(yè)的發(fā)展也起到了至關重要的推動作用。

1 復合膠體防滅火原理

復合膠體主要是由基料與微量復合劑及微量促凝劑制成的。其中，發(fā)揮作用最大的就是基料，其具有吸水體積膨脹的功能，能夠?qū)Υ罅康乃肿舆M行控制，從而大大提高水的滅火性能，提升復合膠體的防滅火性能。

通常來說，復合膠體防滅火原理可以從以下4個方面進行分析：

1.1 復合膠體對煤體孔隙、裂隙的充填

由于復合膠體是一種介于固體和液體之間的材料，因此，其自身便存在一種可以滅火的優(yōu)點。同時，在膠體處于初始狀態(tài)下的時候，其本身具有一定的可流動性，可以滲透到各種煤體的孔隙和裂隙當中，繼而隨著時間的推移慢慢固化，固化之后的液體隨著流動性的消失，便可對煤體中存在的空隙和裂隙進行填充，產(chǎn)生堵塞漏風、隔絕氧氣的特性，從而起到阻止煤氧接觸和惰化煤體表面的作用。其次，由于膠體與煤體之間存在較大的作用力，從而導致二者之間存在的界面降低，因而粘附力較強，能夠在一定程度上起到隔絕著火物體與氧氣接觸和提高冷卻吸熱效果。

1.2 復合膠體與煤體之間的機械鍵合

由于不同膠體的膠凝時間不同，因此，在對復合膠體的材料進行選擇的時候，都必須要結合實際的使用條件。一般來說，礦井滅火對膠體凝膠時間的要求在幾十秒到10分鐘之間。當流入煤體孔隙和裂隙中的膠體固化之后，就會產(chǎn)生相應的機械鍵合，這是存在于煤和膠體接觸面上的一種普遍現(xiàn)象，這種現(xiàn)象會導致二者之間存在很強的結合力，使其難以分開。除此之外，復合膠體與煤體之間的機械鍵合還能夠起到增加導熱和阻止煤氧化放熱的作用。

1.3 復合膠體對煤體的阻化作用

目前，煤層自燃發(fā)火的危險已經(jīng)成為了煤礦企業(yè)發(fā)展過程中所面臨的一項重要問題。據(jù)分析，煤層自燃發(fā)火的過程主要是因為煤氧化放熱而引起的煤體溫度升高，促使反應加速，從而導致煤層著火的現(xiàn)象發(fā)生。而復合膠體具有阻化性，能夠消除自由基，此外，膠體中還含有多種離子和分子，一些結構是親電試劑，它們能夠與煤表面提供的電子活性結構發(fā)生化學吸附，形成絡合物，使煤表面更加穩(wěn)定，從而使表面活性結構失去活性，使煤氧化吸附和化學反應減少從而有效地降低煤氧復合氧化的速度，阻止煤自燃的現(xiàn)象發(fā)生。

1.4 復合膠體對煤體的吸熱降溫作用

一般來說，膠體自身均存在一定程度的固水性，能夠使一定量的水固定在膠體網(wǎng)狀結構骨架中，從而使其失去原有的流動性。正因為膠體自身存在這種特定，才能充分發(fā)揮其滅火的優(yōu)點，而且還能夠有效彌補由于水流動性較強和工作面頂部等因素引起的滅火效果不理想的問題。

此外，由于膠體內(nèi)所含的水分比較大，當其溫度升高的時候，其本身能夠吸取大量的熱能，從而導致周圍環(huán)境的溫度有所下降，從而很大程度上降低了火災發(fā)生的概率。

2 復合膠體的阻化性能實驗

在進行復合膠體的阻化性能實驗之前，實驗人員應該充分分析在不同溫度下，幾種有機材料性能所產(chǎn)生的變化，通過分析的結果對實驗的內(nèi)容進行詳細設計。這里的材料主要指的是復合膠體和水，而相應的變化主要是指二者在高溫環(huán)境下自身溫度的變化和失水情況。對這兩種材料性能變化的分析，工作人員可以通過實驗的方式來完成，在得出相應的結果之后，再開始著手進行復合膠體的阻化性能實驗。

一般來說，對于復合膠體的阻化性能實驗的整體設計過程如下所示：

2.1 試驗設計

在對復合膠體的阻化性能實驗進行設計的時候，要對煤層自燃現(xiàn)象進行分析，考慮到在自燃過程中，唯一不可缺少的就是對氧氣的需要。因此，在對實驗進行設計的時候，就應該將此項問題作為重點來考慮，通過對不同阻化劑對氧氣的阻緩效果進行考察，從而選擇合適的阻化劑。本實驗主要選用復合膠體和無機阻化劑氯化鎂阻化劑來完成實驗操作，在實際操作過程中，比較二者在同等條件下與氧氣反應所放出CO的體積分數(shù)，一般來說，放出CO的體積分數(shù)越大，就說明該阻化劑對氧氣的阻緩效果就越差，反之則說明其阻化劑具有較好的阻緩效果。本實驗主要采用的是程序升溫實驗系統(tǒng)來對復合膠體和氯化鎂抑制煤炭氧化自燃性能進行研究。為了能夠確保實驗的效果能夠達到預期的目標，在進行具體操作之前，應該根據(jù)實驗的具體需求和特點來對實驗中所采取的程序升溫實驗裝置進行必要的完善與優(yōu)化，實驗具體設計如圖1所示：

圖1 實驗裝置設計效果圖

圖中數(shù)字1-9分別代表的是空氣瓶、減壓閥、玻璃轉(zhuǎn)子流量計、程序升溫控制箱、進氣預熱紫銅管、煤樣罐、出氣紫銅管、熱電偶溫度測量儀以及氣袋。

2.2 試驗結果

通過對上述實驗進行分析，得出的各種材料處理過的烘樣CO體積分數(shù)隨溫度的變化效果如圖2所示：

圖2 烘樣CO體積分數(shù)歲溫度的變化

從圖中我們可以看出，隨著煤體溫度的不斷升高，每組試樣所產(chǎn)生CO的體積分數(shù)也會隨之產(chǎn)生變化。通過比較我們可以看出，各個曲線幾乎全部處于原樣曲線之下，這就說明阻化劑的存在使得煤氧化反應產(chǎn)生CO的量比未添加阻化劑的條件下減少。而且從圖中可以看到，復合膠體和氯化鎂（20）均表現(xiàn)出很好的阻化效果，尤其在煤溫升到120℃以后，基本抑制住了CO的產(chǎn)生。對比圖2中曲線可以看出，原樣實驗曲線是非常高的，特別是在100℃以上階段，這一趨勢極其明顯。說明隨溫度升高，CO隨溫度產(chǎn)生率是不斷增加的。添加阻化劑后的試驗曲線，相應溫度下這一比值均低于原樣，特別是在100℃以上階段，其值是遠低于原樣的相應值的，復合膠體和氯化鎂（20）均表現(xiàn)出很好的阻化效果。

3 結語

綜上所述，通過對復合膠體的阻化性實驗分析，我們能夠看出，復合膠體防滅火技術能夠大大提高水的滅火性能，從而是其具有良好的防滅火性能。隨著我國煤礦企業(yè)發(fā)展腳步的不斷加快，對煤層自燃火災的控制也必然會得到相關人員的高度重視，為了能夠更好的將復合膠體防滅火技術在煤礦企業(yè)發(fā)展過程中的作用充分發(fā)揮出來，工作人員在未來的時間里，應該不斷對此技術進行更新與完善，使其能夠為我們煤礦企業(yè)的可持續(xù)發(fā)展起到更好的推動作用。

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