我国煤矿防灭火材料的研究现状及发展趋势

我国煤矿防灭火材料的研究现状及发展趋势

作者姓名：杜亚刚

单位名称：陕西雅店煤业有限公司雅店煤矿

单位省市:陕西省咸阳市彬州市

单位邮编：713500

摘要：目前，煤矿防灭火材料的研究已经取得了一定的进展。国内外学者通过实验和理论研究，提出了各种防灭火材料的设计、制备和应用方法，取得了一些显著的成果。然而，随着科技的发展和社会需求的变化，煤矿防灭火材料领域仍面临许多挑战和问题。因此，本文旨在对煤矿防灭火材料的研究现状进行梳理和总结，探讨其发展趋势。

关键词：煤矿；防灭火材料；研究现状；发展趋势

1防灭火材料研究的意义与价值

1.1保障人身安全和资产安全

煤矿是一个充满火源的作业场所，防灭火材料的研究能够有效地遏制火灾的发生，从而保障煤矿工人和资产的安全。

1.2缩短灭火时间

灭火时间的长短直接关系到火灾的严重程度。若是随手取用应急燃烧物，往往需要消耗较长时间才能灭火，这样就会使火势越来越大。而若是使用防灭火材料，可以迅速地将火势压制在一个比较小的范围内，缩短灭火时间。

1.3降低火灾损失

火灾一旦发生，除了造成人身和物质损失外，还会对生态环境造成破坏，从而影响到全局的经济发展。防灭火材料的研究可以一定程度上降低火灾损失，减少社会经济损失。

1.4推进科技研究

煤矿防灭火材料研究涉及到多个领域，如化学、材料、工程等，是一项集多项技术于一体的复杂工程。在推进该项研究的同时，可以推动各个相关领域的发展。

1.5促进环保

如今全球环保已经成为一个热门话题，而一些传统防灭火材料会对环境产生负面影响。因此，防灭火材料研究的一个方向就是探究绿色环保的材料，这对于推进环保事业有着重要的意义。

2煤矿防灭火材料的研究现状

2.1隔火板

隔火板是煤矿防灭火材料中使用最广泛的一种，其主要功能是隔绝火源，避免火势蔓延。隔火板一般采用多种金属、非金属材料制成。具体的类型包括石棉隔离板、硅酸钙板、氧化镁板等。隔火板具有强度高、耐磨、抗冲击、防水、防腐蚀和隔热性能好的特点。

石棉隔离板、氧化镁板等传统隔火板材料具有的劣势，如易重量、难加工、易破碎、低抗压强度、较差的防水性能和环保性问题受到了广泛关注。当前，煤矿防火材料的研究重点是发展高性能替代材料，在保证隔火性能的前提下，提高材料的抗压强度、耐火性、防水性和耐磨性等综合性能。近年来，热、辐射场及机械结构分析技术的发展有望为新材料的设计和优化提供支持。

2.2隔热材料

隔热材料是保护人员免受高温和烧伤的关键材料。隔热材料的基本原理是在高温情况下具有良好的保温性能。隔热材料一般分为有机材料和无机材料两类。有机材料主要是不燃性材料，如聚氨酯和聚苯乙烯，其特点是重量轻、保温性能好、施工方便；无机材料则以矿物纤维材料和珍珠岩等为代表,具有无毒无害、隔热性能好、耐压等特点；隔热材料还需要具备不燃不爆、抗腐蚀的特点。

目前煤矿隔热材料的应用主要是基于矿物纤维和有机材料。但缺点是强度低、易破碎，且工艺复杂。有机材料主要是聚氨酯和聚苯乙烯，优点是密度小、保温性能好，但易燃，不符合煤矿安全标准。未来，煤矿防灭火材料的隔热材料发展重点是在提高耐高温性、提升交火性能和机械性能的同时，保证材料不挥发、不燃、不产生有毒物质、快速而无残留地干燥，降低成本。

2.3隔烟材料

隔烟材料是指在火灾发生时，防止烟气蔓延的材料。隔烟材料一般采用具有良好防烟性能的材料制成，这类材料通常是各种耐高温、无烟、无毒、无害的化学品，如磷酸铝、磷酸铵、膨润土、减漏剂等。隔烟材料的特点是有良好的隔烟、防火性能，且不燃不爆。

国内外对隔烟材料的研究重点是热分解产物对环境的影响、防烟性能和消费效益。纳米技术、聚合物技术、高分子材料合成技术、化学修饰技术和表面改性技术为制备高性能的煤矿隔烟材料开辟了新的途径。未来的煤矿隔烟材料研究方向是应用文化遗产提取、绿色化烟雾抑制和自修复材料技术、多模态检测辅助等集成手段，研发出性能更优良的煤矿隔烟材料。

3煤矿防灭火材料的未来发展趋势

3.1绿色环保化

①可再生原材料的应用。可再生原材料指的是可以通过自然过程恢复的材料，如植物纤维、微生物、废弃物等。可再生原材料的应用可以降低对环境的影响和资源短缺问题。例如应用玉米芯等农作物废弃物制备防灭火材料，这不仅可以将废弃物变废为宝，还可以为绿色环保事业作出积极贡献。②绿色合成工艺的研发。绿色合成工艺是利用环保、高效的工艺生产防灭火材料。相对于传统的化学合成工艺，这种工艺会减少污染，降低能耗，不会产生废弃物和污染物。例如，利用超声波合成生物质功能材料，可以实现绿色化、快速化、节能化的制备方案。③生态环保材料的推广。生态环保材料是指在整个生命周期内不会对环境、健康产生危害的材料。针对煤矿防灭火材料的研究方向之一是探索环保型、可再生型、生物源性防灭火材料。目前发展迅速的生物基材料与可持续性化工材料为生态环保材料的优化提供了新的思路。

3.2仿生材料

①启示来源：仿生材料的设计灵感来自于自然界的生物体。例如，昆虫的壳体结构、鸟类的羽毛、贝壳的坚硬等都是研发仿生材料的潜在源泉。②结构与功能：仿生材料在结构上模仿生物体的形态，以实现相似的功能。例如，仿生材料可以通过模仿骨骼结构来提供强度和韧性，或者模仿植物表面纳米结构以实现自清洁性能。③应用领域：仿生材料的应用领域十分广泛，涵盖了机械工程、材料科学、医学、能源、环境保护等众多领域。例如，仿生材料可以应用于生物医学领域，如仿生人工关节、仿生心脏瓣膜等。④技术方法：制备仿生材料的技术方法多种多样。例如，利用3D打印技术可以根据生物体的形态和结构特征进行精确制造，而纳米技术则可以实现仿生材料的微纳结构。

3.3多种功能材料集成

①概述：多种功能材料集成的思想源于对单一功能材料的局限性的认识，同时将不同材料的优点相结合，可以补足彼此的不足之处，实现多种功能。常见的集成材料包括复合材料、纳米材料等。②应用领域：由于多种功能材料集成可以兼顾多种需求，所以它在诸多领域展现出广泛的应用前景。例如，在能源领域中，多种功能材料集成可以提高能源转换效率，增加能源储存密度，从而实现能源高效利用。③技术方法：多种功能材料集成的技术方法多样，常用的包括物理方法、化学方法、生物方法等。其中，在纳米材料集成中，常使用化学方法，通过化学反应将不同的纳米物质组合成具有理想性能的复合材料。

3.4先进制备技术

①3D打印技术：3D打印技术是一种通过逐层添加材料来实现立体物体制备的技术。它能够根据设计好的模型，以逐层堆积的方式将材料添加到特定位置，从而实现高度个性化和定制化的制造。②纳米技术：纳米技术是通过控制和操纵材料的纳米尺度结构和性质，实现材料的精确定向组装和制备。这项技术对很多领域具有广泛的应用，例如在电子学、医药学、能源等领域。③激光制造技术：激光制造技术利用激光束的热效应或光化学效应对材料进行加工和制造。这项技术具有高精度和非接触性的特点，广泛应用于微细结构加工、表面改性和材料的快速原型制备等方面。④精密控制技术：精密控制技术是一种通过精确的控制和调节工艺参数来实现材料制备的技术。例如，在化学合成中，通过控制反应温度、压力、反应时间等参数，可以获得具有精确结构和性能的材料。

结语：

总之，煤矿防火材料的研究和发展始终是一个不断创新的过程。相信随着技术和工艺的不断创新和发展，我们能够不断推陈出新，以更好的防灭火材料保障技术，更好地保护煤矿工人的安全生产和保障煤炭供应的稳定性。

参考文献：

[1]苏健.煤矿用防灭火材料的制备与性能研究[D].北京:北京工业大学,2016.

[2]褚廷湘,余明高,王少坤.高温煤体注气降温及自燃抑制实验研究[J].中国安全科学学报,2016,26(3):64-70.