一種用於煤層火災的膠囊防滅火材料及其製備方法與流程

2023-09-20 03:32:50

本發明涉及煤礦防滅火技術領域，具體涉及一種用於煤層火災的膠囊防滅火材料及其製備方法。

背景技術：

煤礦火災是影響煤礦安全生產的重要災害之一，常用的滅火方式有灌漿黃泥滅火系統、灌漿注膠滅火系統、惰性氣體滅火、泡沫滅火、粉狀惰化阻化劑防滅火等，它們都存在著各自的缺點。灌漿是以量取勝，但會存在一些地方難以被覆蓋，同時限制條件的原因，有些地方無法使用；灌漿時大量的水注入井下，汙染環境，極大地增大了礦井排水、排汙工作量和資源消耗，增加了後期恢復工作面生產的成本。採用惰氣(n2、co2等)防滅火時，滅火時使用較多，防火較少使用。且兩種氣體各自適用條件不同的工作面(如仰斜開採或者俯斜開採，同時滅火區域漏風量較小)，同時需要配套的豎管或者其它檢測系統與之相配套。初期投入較大，在灌注時還要時刻避免大量惰氣洩露進入工作面降低工作面的氧濃度導致事故發生。同時，惰性氣體對大熱容的煤體降溫效果不好，滅火周期較長，火區易復燃；而且對現場的堵漏風工作要求較高。對採空區注惰泡能起到降溫，減少漏風，降低採空區氧濃度等作用。但惰泡在碎煤中壓注，發泡性能很差，起泡倍數低，若僅起阻化劑作用，則成本太高，且有效率太低。對已形成高溫的浮煤，僅依靠惰泡隔氧滅火，需注泡量很大，滅火周期也很長，且一旦停止注泡很易復燃。阻化劑(cacl2、mgcl2、nacl2等)難以進入有問題區域，材料本身吸水量很小，經不起採空區高溫蒸發，實際效果有限，且對礦井水的汙染嚴重。粉狀惰化阻化劑技術防滅火效果較好，但粉狀材料潮解不易保存(如室溫下，磷酸氫二銨在潮溼空氣中釋放出氨氣)，在煤體內不容易分散均勻，因此難以充分發揮其防滅火性能，如用其水溶液注入煤體則易流失。目前由基料水玻璃和促凝劑(碳酸氫銨，偏鋁酸鈉等)與水混合成凝膠防滅火使用，但碳酸氫銨在成膠時會析出大量的氨氣，造成作業環境惡劣並影響下風流工作人員作業和身體健康。同時，這種凝膠在操作中不慎接觸極易損傷工人眼睛及皮膚；以偏鋁酸鈉配膠，操作要求較高，不易溶於水，攪拌強度大，有一定腐蝕性，對人體健康也有一定損害。以上兩種凝膠成交過程的工藝需要兩套設備同時工作(吉遼河促凝劑需各自分別配比)，操作掌握不方便，用人多。

技術實現要素：

為解決上述問題，本發明提供了一種用於煤層火災的膠囊防滅火材料及其製備方法，所製備的材料具有無毒、無汙染、儲存方便、能夠較為均勻覆蓋火區、滅火周期短、效果好、具有堵漏、隔氧、降溫與阻化作用、使用方便、操作便捷等優點，廣泛適用於井下煤層火災防治。

為實現上述目的，本發明採取的技術方案為：

一種用於煤層火災的膠囊防滅火材料，包括芯材和包覆在芯材外側的包覆層，所述芯材為粉末阻化劑，所述粉末阻化劑為碳酸銨、磷酸二氫銨、氯化銨、磷酸氫二銨、氯化鈣的混合粉末阻化劑；所述包覆層為有機聚合物，所述有機聚合物為三聚氰胺甲醛樹脂，通過水浴乾燥法包覆在芯材外層，所述碳酸氫銨、磷酸二氫銨、氯化銨、磷酸氫二銨、氯化鈣、三聚氰胺甲醛樹脂的質量分數比為24-27∶10-11∶18-20∶9-10∶6-7∶25-33∶0.5。

其中，所述碳酸氫銨、磷酸二氫銨、氯化銨、磷酸氫二銨、氯化鈣均為固體粉末。

其中，所述三聚氰胺甲醛樹脂為由醇改性後溶於有機溶劑的三聚氰胺甲醛樹脂粉末。

其中，所述醇為分散劑，採用叔丁醇、辛醇、壬醇、癸醇的任意一種。

其中，所述有機溶劑為乙醚。

上述一種用於煤層火災的膠囊防滅火材料的製備方法，包括如下步驟：

s1、按照以下比例分別稱取各組分的重量：

碳酸氫銨、磷酸二氫銨、氯化銨、磷酸氫二銨、氯化鈣、三聚氰胺甲醛樹脂、分散劑、乙醚、含有2％明膠的保護性溶液的質量份數比為24-27∶10-11∶18-20∶9-10∶6-7∶25-33∶0.5-2∶220-300∶1100-1500；

s2、將碳酸氫銨、磷酸二氫銨、氯化銨、磷酸氫二銨、氯化鈣、三聚氰胺甲醛樹脂分別研磨，使其粒徑均小於50μm，並將碳酸氫銨、磷酸二氫銨、氯化銨、磷酸氫二銨、氯化鈣放在容器中進行充分均勻混合製成混合粉末；

s3、將三聚氰胺甲醛樹脂放在乙醚中，攪拌加速溶解至完全溶解，並將上述混合粉末和分散劑加入溶液中，以一定的攪拌速度使粉末均勻分散在乙醚溶液中；

s4、將上述溶液在攪拌的條件下緩慢滴加到含有2％明膠的保護性溶液中，在25℃、減壓條件下攪拌2h，經過過濾、乾燥即得用於煤層火災的膠囊防滅火材料；

s5、將用於煤層火災的膠囊防滅火材料放入壓注裝置中，與水混合形成漿液注入到煤體預定位置。

本發明具有以下有效效果：

以碳酸氫銨、磷酸二氫銨、氯化銨、磷酸氫二銨、氯化鈣的混合粉末為芯材，以三聚氰胺甲醛樹脂為包覆層，熱穩定性良好和吸水性低，儲存方便，在常溫下不會發生芯材的洩露，在注入火區的過程中也不會產有害氣體；只有高於一定溫度時，碳酸氫銨開始分解生成氨氣、水、二氧化碳，內部壓力增大致使包覆層膨脹破裂，芯材得到釋放，快速阻止煤低溫氧化和煤自燃。本產品與水按照一定的比例混合形成具有一定粘度的漿液，通過壓注裝置注入火區，可以較為均勻的覆蓋在煤表面，解決了粉末惰性阻化劑難以均勻注入火區的問題。因此，本發明在井下煤層火災防治應用方面具有很大的使用前景。

本發明的用於煤層火災的膠囊防滅火材料芯材為碳酸氫銨、磷酸二氫銨、氯化銨、磷酸氫二銨、氯化鈣的混合粉末阻化劑。在銨鹽阻化劑的基礎上，增加氯鹽阻化劑，加強了對煤低溫氧化過程的後期阻化效果。碳酸氫銨、磷酸二氫銨、氯化銨、磷酸氫二銨可以在不同的溫度階段發生分解反應生成氨氣、二氧化碳和水，其分解反應均為吸熱反應，可以吸收煤低溫氧化釋放的一部分熱量；由氯化銨、磷酸氫二銨、氯化鈣在潮溼空氣中吸取的水分和反應生成的水在蒸發時需吸收一部分的熱量，這樣就降低煤炭溫度，緩慢氧化反應，在一定程度上抑制了煤自燃。游離的氨與oh基發生反應生成穩定大分子，而氯化鈣在覆蓋在煤的表面，會加入到煤的自由基鏈式反應過程中，生成穩定的鏈環，這樣就抑制了或者減緩了煤表面火星自由基團與氧氣的反應速率，阻止了煤低溫氧化反應的繼續。生成的氨氣和二氧化碳是惰性氣體，可以將煤炭分解出來的可燃氣體的濃度稀釋到燃燒下限，同時稀釋反應區中氧氣濃度，減小煤的氧化反應速率，起到阻化作用。粉末阻化劑與其反應後生成的固體覆蓋到煤表面隔絕了煤氧接觸，從而阻止了煤的氧化反應。本產品的芯材可以在煤低溫氧化過程的各個階段進行阻化，與其他阻化劑相比，滅火效果更好。

本發明的用於煤層火災的膠囊防滅火材料包覆層為三聚氰胺甲醛樹脂，包覆層具有良好的熱穩定性和耐熱性，能夠承受一定的高溫和壓力，成膜性和分散性好，在一定的溫度下可以發生反應產生氮氣。三聚氰胺甲醛樹脂覆蓋在煤表面，減少漏風強度，隔絕煤氧接觸，阻止煤氧化。產生的氮氣可以將煤炭分解出來的可燃氣體的濃度稀釋到燃燒下限，同時稀釋反應區中氧氣濃度，減小煤的氧化反應速率，起到阻化作用。

本發明的用於煤層火災的膠囊防滅火材料製備採用水浴乾燥法，選用乙醚作為有機溶劑，選用含有2％明膠的溶液作為保護性溶液。乙醚沸點低，易揮發，縮短了製備微膠囊的時間；明膠溶液可以使復相乳液體系穩定，防止復相乳液體系發生逆向轉發使囊芯釋放出來，提高微膠囊的產率。水浴乾燥法製備過程僅需明膠溶液和分散劑，工藝簡單，反應溫度低，反應過程中不會產生危廢，綠色環保，危險性低，具有廣闊的應用前景。

本發明的用於煤層火災的膠囊防滅火材料製備方法選用叔丁醇、辛醇、壬醇、癸醇作為分散劑，並給予合理的加入量，可以使固體均勻分散在有機溶劑中，製得的微膠囊粒度較小，形成完整的球形顆粒，分散性好，包覆層完整，提高微膠囊產率，有效保證了微膠囊防滅火材料在常溫常壓下的穩定性，能夠長期儲存，安全性高。

附圖說明

圖1為本發明實施例中所使用的壓注裝置示意圖。

具體實施方式

為了使本發明的目的及優點更加清楚明白，以下結合實施例對本發明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發明，並不用於限定本發明。

實施例1

一種用於煤層火災的膠囊防滅火材料及製備方法，製備用於煤層火災的膠囊防滅火材料所需的材料按質量分數比為：

按照下列步驟進行生產：

a、按照比例分別稱取各組分的重量；

b、將碳酸氫銨、磷酸二氫銨、氯化銨、磷酸氫二銨、氯化鈣、三聚氰胺甲醛樹脂分別研磨，使其粒徑均小於50μm，並將碳酸氫銨、磷酸二氫銨、氯化銨、磷酸氫二銨、氯化鈣放在容器中進行充分均勻混合製成混合粉末。

c、將三聚氰胺甲醛樹脂放在乙醚中，攪拌加速溶解至完全溶解，並將上述混合粉末和分散劑加入溶液中，以一定的攪拌速度直至粉末均勻分散在乙醚溶液中。

d、將上述溶液在攪拌的條件下緩慢滴加到含有2％明膠的保護性溶液中，在25℃、減壓條件下攪拌2h，經過過濾、乾燥即得煤礦井下微膠囊防滅火材料。