火灾是一种危害性极大的煤矿事故,一旦矿井发生火灾,往往会造成严重的经济损失和人员伤亡,火灾释放的CO、SO2等有害气体及煤尘爆炸和瓦斯爆炸产生高温高压气体和冲击波,不仅严重危害井下工人的安全,也造成机器设备的损坏和环境污染。若封闭火区,煤炭自燃又会对矿井的恢复生产工作造成巨大的影响,因此防灭火的研究已经成为重中之重的课题。
阻化剂防灭火的机理主要从微观和宏观两个方面体现:微观上,在加入一定量合适的添加剂后,通过氧化反应,在煤体表面上形成一层保护膜,防止其接触到空气中的氧气,阻止发生羧基反应,降低二者的亲合力,进而起到控制氧化反应的作用;宏观上,通过对煤氧化过程中氧浓度、温度等外在因素的控制,可以隔绝氧气,同时吸热降温,达到减少氧化反应的目的。
惰性气体阻化剂
惰性气体如氮气、二氧化碳等充入煤场封闭区域内可稀释此煤场封闭区域内的氧浓度,从而降低空间内氧气含量,达到降低煤氧化速度,防止煤自燃的目的。此方法具有广泛的适用性,适用于任意粒径的煤,由于小粒径煤的比表面积较大,所以对小粒径煤的惰化阻化效果更好。但选择此种技术防止煤自燃时需要提高空间的密闭性,否则惰性气体易通过泄漏点流出,造成惰性气体浪费,并且降低惰性气体阻化效果。
泡沫阻化剂
泡沫阻化剂主要是通过向防灭火区域注入泡沫,并让它们保存于冒落研石缝隙之中形成堵漏带,阻止风流进入防灭火区域,从而预防了煤自燃。泡沫阻化剂主要有化学和物理泡沫两种。化学泡沫大多使用尿醛泡沫以及快速凝固而成的聚胺醋泡沫。物理泡沫则多用稳定的低倍数泡沫或者在其中添加增塑剂通过机械搅拌形成的可塑性泡沫。泡沫阻化剂除含有主要的发泡剂外,还有多种添加剂如稳泡剂、增稠剂等,从而可以延长泡沫存在时间,可以提高泡沫的堆积能力和附着能力。由于泡沫终要破碎,液膜难以持久存在于煤的表面,特别是在煤的顶部、侧面,所以如何进一步提高泡沫阻化剂泡沫的稳定性是泡沫阻化剂研究的一个重点要解决的问题。
复合阻化剂
复合阻化剂主要是将几种不同种类的阻化剂结合起来使用,从而克服单一阻化剂存在的缺陷。例如,有学者将阻止自由基链反应的阻化剂与高聚物阻化剂复配制备了一种复合阻化剂。既能够覆盖煤表面,减少煤体与空气的接触,又能捕获煤氧化链反应中的自由基,实质性地提高了自燃阻化效果,这种复合阻化剂还具有和阻化成本低的特点,使阻化煤具有优良的抗氧化性,并且可以较长时期保持高的热值。
复合阻化剂具有代表性的是DDS系列复合水溶液阻化剂,它是由海藻类水解的天然聚合物、阴离子表面活性剂和阻化剂(胺盐)组成的。每一种成分都起到阻燃的作用,因此既能覆盖煤表面活性中心,又能捕获煤氧化链反应中的自由基,阻化效果特别明显。该阻化剂具有和阻化成本低的特点。
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