粉煤灰基瓦斯封堵材料的制備及性能優(yōu)化研究.pdf

1、煤炭是我國(guó)能源結(jié)構(gòu)構(gòu)成基礎(chǔ)，如何有效封堵瓦斯氣體是我國(guó)煤礦安全生產(chǎn)工作的重中之重。采用瓦斯封堵材料進(jìn)行煤礦井下壁面封堵可以有效防止瓦斯氣體逸出，改善煤礦安全生產(chǎn)條件。然而，現(xiàn)行主流瓦斯封堵產(chǎn)品難以滿足煤礦井下復(fù)雜的應(yīng)用環(huán)境要求，仍需要進(jìn)一步開發(fā)出更為經(jīng)濟(jì)、安全和有效的瓦斯封堵材料。此外，由于煤壁的強(qiáng)疏水性和材料粉料分散穩(wěn)定性較差，會(huì)影響瓦斯封堵材料的實(shí)際應(yīng)用效果。
　　本文首先利用超細(xì)粉煤灰(UFA)的性能優(yōu)勢(shì)，與有機(jī)苯丙乳液相耦

2、合，開發(fā)出了新型的瓦斯封堵材料，探究了UFA對(duì)材料綜合瓦斯封堵性能的影響，并通過功能助劑的引入，深入分析了消泡劑和分散劑對(duì)綜合瓦斯封堵性能的優(yōu)化機(jī)理。此外，根據(jù)現(xiàn)有封堵材料氣密性檢測(cè)方法的不足，本文還提出了一種適用于瓦斯封堵材料氣密性的檢測(cè)方法。主要研究?jī)?nèi)容為:
　　(1)通過探究了UFA添加量對(duì)涂層綜合性能的影響，確定出UFA最佳添加量為60％。在該添加量下，測(cè)得涂層7d吸水率僅為5.0％，無處理抗拉強(qiáng)度為3.09MPa、斷裂伸

3、長(zhǎng)率為80％、粘結(jié)強(qiáng)度為0.72MPa，符合GB/T23445-2009《聚合物水泥防水涂料》中規(guī)定的Ⅱ級(jí)標(biāo)準(zhǔn)要求;阻燃性能和抗靜電性能符合煤炭行業(yè)MT113-1995規(guī)定的煤礦井下瓦斯密封材料的安全標(biāo)準(zhǔn)要求。通過掃描電鏡、空氣密封性能的測(cè)定，進(jìn)一步綜合考察了該材料的瓦斯封堵性能。該材料力學(xué)性能較優(yōu)，孔隙結(jié)構(gòu)致密，具有良好的空氣密封性能，應(yīng)用于煤礦井下將確保瓦斯封堵長(zhǎng)期有效。UFA的加入，不僅使煤礦井下壁面瓦斯封堵材料的性能得以提升，同

4、時(shí)大幅降低了原料成本，為粉煤灰的綜合利用提供一條全新途徑。
　　(2)通過Zeta電位測(cè)定、粒徑分析、紅外光譜和SEM-EDS聯(lián)用的表征手段，研究了分散劑六偏磷酸鈉（SHMP）對(duì)各粉料分散行為的影響;并利用DLVO理論通過顆粒間相互作用能的計(jì)算，探究了SHMP對(duì)體系中典型粉料如UFA、炭黑、石墨的作用機(jī)理。石墨與炭黑表面的疏水化作用是其發(fā)生團(tuán)聚的主要因素，分散劑SHM的加入可以增大顆粒間的靜電斥力和空間位阻，防止涂料粉料顆粒間的相

5、互團(tuán)聚，確保粉料長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)穩(wěn)定分散，為封堵材料實(shí)際應(yīng)用過程中綜合瓦斯封堵性能的提升提供了理論參考。
　　(3)通過測(cè)定不同消泡劑對(duì)瓦斯封堵材料與煤壁接觸角的影響，得出磷酸三丁酯(TBP)對(duì)接觸角的降低效果基本不受材料乳液濃度的影響，降低幅度可達(dá)30％～40％，有效改善了材料在煤壁表面的潤(rùn)濕性。以TBP作為首選消泡劑，進(jìn)一步探究了其對(duì)材料微觀結(jié)構(gòu)、粘結(jié)強(qiáng)度、氣密性和材料與煤樣微觀結(jié)合情況的影響。結(jié)果表明TBP的加入可以優(yōu)化材料表面微觀

6、形貌、內(nèi)部微觀結(jié)構(gòu)，提升材料的氣體密封性能;同時(shí)TBP也可以使材料與煤壁在接觸界面處粘結(jié)更為緊密，并在煤樣內(nèi)部達(dá)到有效滲透，從而切實(shí)提升材料在實(shí)際應(yīng)用過程中的綜合瓦斯封堵效果。
　　(4)通過自主設(shè)計(jì)的瓦斯封堵材料氣密性檢測(cè)裝置，實(shí)現(xiàn)了模擬煤礦井下壁面瓦斯涌出環(huán)境進(jìn)行材料氣密性的檢測(cè)。該測(cè)試裝置體積小、設(shè)備投入低、操作簡(jiǎn)單，所測(cè)數(shù)據(jù)可靠，與市面上薄膜、片層材料氣密性的測(cè)試費(fèi)相比，檢測(cè)成本很低，比較適合煤壁涂料的實(shí)驗(yàn)室測(cè)試研究。