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模拟煤与瓦斯突出的相似材料配比试验研究
引言
煤矿事故是中国煤炭行业面临的最严重的问题之一，其中瓦斯突出和煤与瓦斯突出造成的伤害最为严重。热处理和化学改性等方法对提高煤的强度和稳定性效果显著，但要尽可能接近实际情况进行矿井灾害模拟研究，便需要设计合适的模拟材料。
正文
1.瓦斯突出
瓦斯突出指煤与瓦斯同时突出，是由于煤层瓦斯压力超过煤层孔隙水压力，突然释放。实验中需要模拟瓦斯以及煤炭的物理特性以实现模拟瓦斯突出状况。而合适的材料应具备与实际煤炭相似的物理特性以及可以容纳一定量的瓦斯。
目前常用的模拟材料有混凝土、岩石等硬质材料，这些材料不能反映煤层内部的渗流和微观结构等特征。由此，Guo、Zhou以及Ding等人分别尝试将几种合成聚合物、食品等纳入研究中，然而，这些材料与煤炭在物理特性上有较大差异，因此不利于正确模拟瓦斯突出现象。最近，国内外学者使用均匀结构的泡沫材料来模拟煤炭，通过控制泡沫材料的孔径、孔隙率以及表面性质等参数，进一步实现了模拟煤炭的目的。通过在模拟中加入适量气体来控制模拟煤体的瓦斯释放速度，可用于研究不同形式下瓦斯释放的规律。
2.煤与瓦斯突出
对于模拟煤与瓦斯突出，与模拟瓦斯突出相同的模拟材料不能使用。因为需要考虑到瓦斯压力将煤体加以破坏的情形，材料应能够模拟煤与瓦斯同时表现出的特殊物理特性。
在研究中，常使用的是聚合物泡沫物质。将物料拌和均匀，再利用制泡沫机制成合适尺寸的泡沫。同时需要加入适当剂量的沥青作为黏结剂，以使泡沫块形成具有良好的物理强度。然后通过水晶灯加热和注入C-C4混合气来模拟瓦斯压力，从而实现煤与瓦斯同时突出状况下的模拟研究。通过模拟研究找出对煤的物理强度、顶板厚度、煤与瓦斯混合比等参数变化的影响。
3.模拟材料配比方案
聚氨酯泡沫密度一般是约为0.02g/cm3~0.1g/cm3，在用于煤与瓦斯突出研究时，所需密度最多可到0.2g/cm3，因此单独使用聚氨酯材料不能较好地模拟煤。在泡沫材料中加入适量石粉、硅粉等材料可以提高材料的密度，增强其刚性，以更好地模拟煤炭物理特性。同时，沥青作为增稠剂使用，可增加煤体的粘合强度和稳定性。
聚氨酯质量比例为16:1时，其多孔性更好，在注入C-C4混合气后可更好地模拟瓦斯压力，获得更真实的研究结果。
结论
经过系列的模拟实验研究，泡沫材料是目前模拟煤炭物理特性最佳的材料之一，聚氨酯泡沫与石粉、硅粉等混合物质再以沥青为黏结剂的配方可以更好地模拟煤炭物理特性，同时根据实验可适当加入一定量的气体，以模拟瓦斯在煤炭中的释放情形。实验结果可为提高煤与瓦斯突出的防范和处理提供依据，更好保障矿工生命安全和矿山生产。
参考文献
[1].GuoS,DingX,LupingZ,etal.SimulationStudyonMechanicalPropertiesofthePolymer-basedFoamedMaterialasCoal[J].JournalofMaterialsScience&Technology,2008.
[2].李胜华,黄志哲,方基烈,等.一种模拟煤与瓦斯突出的泡沫材料及其制备方法[P].2015.
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