用於煤層火災治理的複合凝膠防滅火材料的製作方法
2023-06-08 09:12:56
專利名稱：用於煤層火災治理的複合凝膠防滅火材料的製作方法
技術領域：
本發明屬於煤炭礦井下防滅火材料，具體涉及一種煤炭礦井中防治煤炭礦井火災的複合凝膠材料。
背景技術：
我國煤礦自燃條件複雜，自燃發火的礦井範圍廣、數量多，嚴重威脅著礦井和礦工的人身安全，給國家造成巨大的損失。煤層發生自燃時，在高溫下分解及氧化釋放出大量有毒有害氣體；同時高溫促使煤層中所含瓦斯釋放，有可能引起瓦斯爆炸，因此煤層自燃有極大的危害性，必須快速、徹底的撲滅火災。
封堵漏技術用於防火效果比較明顯，而用於滅火時由於不能直接使煤溫降低，所以通常需要和其它滅火技術配合使用。採用惰氣泡沫防滅火技術能起到降溫、減少漏風、降低採空區氧濃度等作用，但惰泡在碎煤中壓注，發泡性能差、氣泡倍數低、成本高。阻化劑防滅火技術也具有一定的防火效果，但當溫度升高使阻化劑吸收的水分蒸發，其阻化作用會消失，失去水分的阻化劑對煤氧複合反而有促進作用，促使煤氧複合速度加快，使煤更易自燃。另外，井下自燃火災通常處於工作面或巷道頂部比較高的部位，應用水或泥漿滅火時，不能滯留在發火部位，流過發火部位後僅使煤表面溫度降低，煤體內部溫度仍然很高，如黃泥灌漿材料的製備工藝簡單、取材方便、成本低廉，但泥漿脫水後對裂隙不能夠充分充填，堵漏風效果差，黃土用量大；另外水對煤的自燃有一定的促進作用，高溫時水會參與燃燒反應，產生大量水煤氣，造成水煤氣爆炸。
發明內容
本發明的目的在於克服現有灌漿、注水的水流失問題，提出一種既可使漿液增稠、提高骨料懸浮性，並能控制凝膠時間的複合凝膠材料，且凝膠具有一定強度；所製備的凝膠材料集堵漏、降溫、阻化、固結水等性能於一體，以適用於各種類型的礦井自燃火災。
可通過以下具體技術方案實施。
本發明提出的複合凝膠防滅火材料，其主要成份為水玻璃基料、碳酸氫鈉促凝劑、增稠劑、複合物骨料及水，將上述各組分按如下比例混合、攪拌均勻，每噸複合凝膠中各組分的用量如下 水玻璃基料60-80kg 碳酸氫鈉促凝劑20-30kg 增稠劑1-10kg 複合物骨料125-250kg 其餘為自來水 本發明中，所用增稠劑是聚丙烯酸鈉、聚丙烯醯胺、甲基纖維素，選用其中一種或多種組合。
本發明中，所用的複合物骨料是黃土和高吸水礦物粘土的混合物，黃土和高吸水礦物粘土的重量比為2.5-10∶1，選用的高吸水礦物粘土為膨潤土、凹凸棒、硅藻土其中一種或多種組合；骨料的平均粒度小於1mm。
本發明提供的複合凝膠的製備方法如下將黃土進行烘乾、研磨、篩分處理，然後與高吸水礦物粘土、增稠劑、碳酸氫鈉促凝劑按上述比例在混料機中混合均勻，得到固體混合物；然後將水玻璃基料、水按照上述比例與固體混合物充分攪拌，製成漿液即可。
使用時用輸送泵將制好的漿液注入到需要阻燃或燃燒的煤層上，起到預防和撲滅井下煤層火災的作用。所制混合漿液的防滅火性能與漿液濃度有關，濃度越高，漿液的吸熱比越大、滅火效果愈好。
針對巷道頂煤滅火範圍相對較小，綜合考慮各種因素，本發明可採用移動式注膠工藝，該工藝使用方便靈活、可實現對局部高溫區快速有效處理，利用移動式壓注系統，將各種凝膠材料按比例混合均勻，通過注膠管路和鑽孔將凝膠注入火區。
本發明的積極效果有 1、本發明製備的混合漿體凝膠具有優越的固水性能，漿體中90％以上是水，基料的凝膠作用將水固結起來，既起到了在煤體中的堆積作用，又可以發揮水阻止煤氧化以及吸熱降溫的物理性能。
2、本發明採用的是複合骨料，大大降低了黃土用量的同時，對凝膠強度的提高具有明顯作用，在較大外力作用下不會發生開裂；另外，凝膠體積收縮小、具有密封性能，從而起到堵漏風的作用。
3、凝膠成膠前黏度大於水，但又具有良好的流動性，滲透性能好，可以滲透到煤和巖體的縫隙中，成膠以後不具有流動性，起到阻燃阻化作用。
4、本發明加入高分子作為增稠劑，並且大大提高了漿體的附壁性，減少了漿體的流失浪費。
5、本發明製備工藝簡單，操作方便易行，成本低廉，材料來源廣泛；通過凝膠時間的調節可用於各種類型的礦井防滅火治理。
具體實施例方式 下面將結合具體的實施例進一步說明本發明，以各原料在每噸複合凝膠體中的重量計 實施例1-6 複合凝膠防滅火材料，主要成份見表1，將黃土進行烘乾、研磨、篩分處理，然後與高吸水礦物粘土、增稠劑、碳酸氫鈉促凝劑按表1比例在混料機中混合均勻，得到固體混合物；然後將水玻璃基料、水按照表1比例與固體混合物充分攪拌，製成漿液即可。
表1原料和配量(單位千克) 阻化率採用如下測定方法，即 (裸煤CO發生率-樣品CO發生率)/裸煤CO發生率＝阻化率(％) 其中CO發生率是按傳統標準試驗方法測得的。
應用效果說明 根據上述實施例的複合凝膠防滅火材料，取開口鐵桶一個，填滿碎煤和50公斤0號柴油，置於攪拌池50米外，利用濃漿泵將混合好的複合凝膠通過內徑10公分的橡膠管輸送至燃燒的鐵桶中，3分鐘後燃煤完全熄滅。
對於實施例2、3，本發明採取管網式大流量注膠工藝，利用煤礦現有地面灌漿防滅火系統，實現大流量運輸凝膠滅火材料，最終實現礦井大面積防滅火的實施。膠體壓注設備採用ZM-5/18N膠體泥漿壓注機，該設備既可單獨使用，也可與地面灌漿系統配合使用實現快速消滅大面積礦井火災。
上述例中製備的複合凝膠均具有良好的性能，滅火效果十分理想。
權利要求
1.一種用於煤層火災治理的複合凝膠防滅火材料，其特徵在於，所述複合凝膠防滅火材料主要成份為水玻璃基料、碳酸氫鈉促凝劑、增稠劑、複合物骨料及水，將上述各組分按如下比例混合、攪拌均勻，每噸複合凝膠中各組分的用量如下
水玻璃基料60-80kg
碳酸氫鈉促凝劑20-30kg
增稠劑1-10kg
複合物骨料125-250kg
其餘為自來水。
2.按照權利要求1所述的複合凝膠防滅火材料，其特徵在於，所述增稠劑是聚丙烯酸鈉、聚丙烯醯胺、甲基纖維素中一種或多種組合。
3.按照權利要求1所述的複合凝膠防滅火材料，其特徵在於，所述複合物骨料是黃土和高吸水礦物粘土的混合物，黃土和高吸水礦物粘土的重量比為2.5-10∶1。
4.按照權利要求2所述的複合凝膠防滅火材料，其特徵在於，所述高吸水礦物粘土為膨潤土、凹凸棒、硅藻土一種或多種組合。
全文摘要
本發明公開了了一種防治煤炭礦井火災的複合凝膠防滅火材料，是由水玻璃基料、促凝劑、複合骨料和增稠劑材料組成。所添加的增稠劑可以增加膠體的稠度，並提高混合漿體的懸浮性。該複合凝膠製備工藝簡單，易於現場實施應用；形成的凝膠具有一定強度，能起到堵漏作用；原材料來源豐富，價格低廉；產品無毒無害無味，不汙染井下礦井，對人體無毒副作用，具有明顯的市場應用前景。
文檔編號C04B28/26GK101767975SQ20101010339
公開日2010年7月7日 申請日期2010年1月29日 優先權日2010年1月29日
發明者索紅莉, 朱紅青, 郭艾東, 張騰, 袁慧萍, 吳紫平, 閆鑌傑 申請人:北京工業大學, 中國礦業大學(北京), 朔州市平魯區興陶煤礦