摘要
煤自燃会造成煤炭资源浪费、人员伤亡、污染大气环境以及诱发次生灾害等恶劣影响。为了防治煤自燃，国内外学者先后提出了多种防灭火技术，如注浆、喷洒阻化剂、注泡沫、注凝胶、注惰性气体等，但是这些技术仍存在一定的不足。基于此，本文以黄原胶（XG）为基料，Al3+为交联剂，结合阻燃剂等制备了一种用于防治煤自燃的制备简单、高效持久的Al-XG复合凝胶。通过凝胶基础性能测试和煤的放热特性实验筛选出该复合凝胶最适用于防灭火的配比；通过煤的氧化特性实验、扫描电镜测试以及红外光谱测试，从宏观和微观角度考察了该复合凝胶抑制煤自燃的效果并揭示了其抑制煤自燃机理。主要得到以下主要结论： （1）Al-XG复合凝胶的性能表征测试结果表明：该凝胶内部呈规则的片层状结构；不同配比的凝胶性能差别很大，Al-XG-3复合凝胶的热稳定性和保水性最好；随着黄原胶浓度的增加，所制备的Al-XG复合凝胶的渗透率和溶胀率逐渐降低；结合工程应用需要，筛选出Al-XG-3复合凝胶最适用于防灭火。 （2）通过测试不同配比Al-XG复合凝胶处理煤的放热特性，发现Al-XG复合凝胶能吸收大量热，推迟煤的初始放热温度，并能有效降低煤的放热强度和放热量；热动力学分析结果表明Al-XG复合凝胶能提高煤氧复合反应的表观活化能；其中Al-XG-3复合凝胶抑制煤的放热效果最优。 （3）通过煤的程序升温氧化实验，得到了各实验煤样氧化过程中煤自燃指标气体的变化规律。结果表明：相比于MgCl2阻化剂和水玻璃凝胶，Al-XG复合凝胶能更大程度降低煤的耗氧速率以及CO、CO2的生成量，推迟煤氧化出现C2H4的温度，并降低CH4和C2H4的释放量。 （4）通过扫描电镜测试可知，Al-XG复合凝胶能完整包覆煤体，失水后仍不开裂，起到了很好的隔氧封堵作用。红外光谱测试结果表明，Al-XG复合凝胶能降低煤的含氧官能团、芳香烃、脂肪烃的含量并抑制官能团的活性，降低煤的自燃倾向性，从而实现持久的抑制煤自燃效果。 此外，本文从Al-XG复合凝胶的隔氧驱氧作用、吸热散热作用和消减官能团及中断链式反应作用三个方面揭示了其抑制煤自燃的机理。
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