泡沫凝胶稳定性及其结构演化特征研究

作     者：李小超 秦剑云 余小华 李东涛 尚学锋 任万兴 贾慧霖 LI Xiaochao;QIN Jianyun;YU Xiaohua;LI Dongtao;SHANG Xuefeng;REN Wanxing;JIA Huilin

作者机构：库车县榆树岭煤矿有限责任公司新疆库车842000 中国矿业大学安全工程学院江苏徐州221116 

出 版 物：《中国矿业》 (China Mining Magazine)

年 卷 期：2024年第33卷第5期

页      面：205-210页

学科分类：0819[工学-矿业工程] 081903[工学-安全技术及工程] 08[工学] 

主　　题：煤自燃 稳定性 泡沫凝胶 结构演化 胶凝反应 

摘      要：泡沫凝胶是一种高效的煤自燃防治材料,该材料结合了泡沫的流动性和堆积性、凝胶的耐温性等防灭火特性。本文从泡沫凝胶的形成原理、结构演化、稳定性和流动性等阐述了泡沫凝胶的防灭火特征。泡沫凝胶主要由发泡剂、交联剂和水等通过物理发泡和成胶反应后形成,其形成过程分为两个阶段:第一阶段为物理发泡,形成泡沫液;第二阶段将交联剂加入泡沫,通过胶凝反应后生成泡沫凝胶。第一阶段泡沫凝胶主要体现泡沫的流动性和堆积性,第二阶段随着胶体量的增加,泡沫凝胶体现胶体的耐温性,同时可通过交联剂的添加量控制凝胶的成胶时间。泡沫凝胶的基础结构与水基泡沫的结构相同,不同的是凝胶颗粒构成了泡沫凝胶的基础骨架,减缓了重力排液和泡沫歧化速率。泡沫凝胶结构的演化过程包括液膜破裂、成胶和骨架坍塌等,最终形成凝胶层充填遗煤裂隙。泡沫凝胶在采空区中的流动受注浆压力、重力和阻力的综合作用,横向流动速度大于纵向流动速度,其扩散前峰轮廓线为椭球形。本文研究成果为泡沫凝胶的科学应用提供了有力支撑。