来源：期刊VIP网 时间：
作者：胡俭;李艳;范生军;雷杰;刘茂霞;黄剑;
单位：辽宁工程技术大学安全科学与工程学院;陕煤集团神木张家峁矿业有限公司;西安科技大学安全科学与工程学院;
摘要：为解决小煤柱承压易破碎、漏风裂隙发育、漏风规律复杂、易发生自燃灾害等问题,研究制备了具有“黏结加固、充填堵漏、阻化抑制”功能的复合凝胶材料。首先,将磷石膏(Phospho Gypsum,PG)改性得到半水磷石膏(Hemihydrate Phospho Gypsum,HPG);其次,利用HPG与气化粗渣(Coal Gasification Coarse Slag,CGCS)、CaO、纤维素醚(Hydroxypropyl Methyl Cellulose,HPMC)等原料研制HPG-CGCS复合凝胶堵漏材料,并采用单因素试验和正交试验研究复合凝胶材料的胶凝时间、结石率、流动性和保水率的变化规律,探索最佳配比;最后,试验验证复合材料的加固、堵漏、阻化等综合性能。结果显示:当CaO添加质量分数为6%时,对PG的预处理效果最佳。研究确定复合凝胶材料最优配比为:70 g CGCS、24 g HPG、9.6 g CaO、1.12 g HPMC。研究阐明了HPG-CGCS复合凝胶材料混合体系的相互作用机理,并将相互作用过程划分为3个阶段,第一个阶段为HPG、CaO分别水解形成SO_4~(2-)、Ca~(2+)、OH~-,CGCS在碱性环境下形成H_2SiO_4~(2-)和H_2AlO_3~-;第二阶段为生成水化硅酸钙(C-S-H)、水化铝酸钙(C-A-H)和钙矾石(AFt);第三阶段为胶凝产物成核结晶,交错生长形成网状结构。研究采用堵漏风试验、程序升温试验、抗压强度试验及裂隙发育微观特征试验测试了复合凝胶材料的性能,结果显示:添加复合凝胶材料的煤样罐两端的负压为-89.42 kPa,且复合凝胶材料的堵漏性能优于矿用黄土凝胶材料;复合凝胶处理煤样氧化产生的CO、C_2H_4浓度分别约为矿用黄土凝胶的70%、50%,具有良好的抑制作用;在养护28 d时,所有煤样粒径黏结体的抗压强度均超过2.9 MPa,对破碎煤体具有黏结加固作用;随着养护时间的延长,复合凝胶材料裂隙发育程度较低。HPG-CGCS复合凝胶堵漏材料的研制不仅对CGCS和PG的资源化利用提供了有效途径,还提供了一种针对小煤柱具有优良堵漏加固及防火效果的环保材料。
关键词：安全工程;;磷石膏;;气化粗渣;;凝胶材料;;防火性能
基金资助：陕西省重点研发计划项目(2024GX-YBXM-488);; 科学家+工程师队伍建设项目(2024JH-KGDW-0111);; 国家自然科学基金资助项目(51904234)
