專利名稱：礦用黃土復(fù)合凝膠防滅火材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種煤炭礦井用防滅火材料，尤其涉及一種礦用黃土復(fù)合凝膠防滅火材料及其制備方法。
背景技術(shù)：
目前，煤礦安全形勢尚未得到有效遏制，重特大災(zāi)害事故時(shí)有發(fā)生。煤礦火災(zāi)主要是煤自然發(fā)火，由于空氣滲漏進(jìn)入松散煤體，煤分子表面活性結(jié)構(gòu)與空氣中氧接觸，發(fā)生物理吸附、化學(xué)吸附及化學(xué)反應(yīng)，同時(shí)放出熱量，在一定蓄熱環(huán)境下，煤體不斷氧化、放熱、升溫，當(dāng)煤體溫度超過其臨界溫度，繼續(xù)升溫，達(dá)到著火點(diǎn)，最終導(dǎo)致煤體燃燒造成煤礦火災(zāi)。煤體自燃是煤氧復(fù)合放出熱量的結(jié)果，煤氧復(fù)合產(chǎn)生熱量，受漏風(fēng)散熱和熱壓力驅(qū)動，各種因素耦合影響后煤體溫度發(fā)生變化，煤氧復(fù)合所產(chǎn)生的熱量擴(kuò)散和積聚又可以被認(rèn)為是一個(gè)熱量傳遞的過程。煤層火災(zāi)不同于其它類型的火災(zāi)，有其自身固有的特點(diǎn)，例如:火源點(diǎn)隱蔽，通常相對位置較高，呈立體分布；松散煤體蓄熱性好，熱量不易散失；能低溫貧氧氧化，且溫度越高反應(yīng)速度越快，放熱量越多；由溫差產(chǎn)生氣體熱流循環(huán)，自燃對流自供氧等。根據(jù)以上煤層自燃的特點(diǎn)，煤層自燃防滅火技術(shù)應(yīng)具有下列特點(diǎn):降低煤體內(nèi)部溫度；提高反應(yīng)活化能；減少或隔絕流經(jīng)松散煤體的氧含量；耐溫性好，不易產(chǎn)生高溫氣流加熱周圍松散煤體等特性。目前的注水、灌漿、注阻化劑、注惰氣等僅具有其中的一種或兩種特性，故撲滅煤層火災(zāi)時(shí)具有一定的局限性。為防治煤炭自燃，國內(nèi)外 廣泛采用灌漿、注凝膠、注惰氣等技術(shù)。其中膠體防滅火技術(shù)具有比較全面的綜合特性，膠體成膠前，各組分的水溶液具有良好的流動性，便于管網(wǎng)大流量、遠(yuǎn)距離的輸送，各組分混合成膠前，呈液態(tài)壓注進(jìn)入松散高溫煤體內(nèi)部，在一定時(shí)間內(nèi)發(fā)生膠凝作用而失去流動性，膠體可以停留在松散煤體內(nèi)高處，包裹煤體，吸熱降溫，堵塞漏風(fēng)通道，降低煤表面分子的活性，提高反應(yīng)活化能，阻礙氣體自然對流，隔絕煤、氧接觸，膠體還具有較好的耐高溫性，不會產(chǎn)生大量高溫蒸汽，可減少水煤氣爆炸的危險(xiǎn)，降低火勢發(fā)展速度。利用膠體材料防治煤層自然火災(zāi)時(shí)，能夠同時(shí)破壞煤自燃發(fā)生所必備的三個(gè)條件，具有較高的滅火效率，撲滅火災(zāi)的成功率較高?，F(xiàn)有技術(shù)中的凝膠防滅火技術(shù)存在的主要問題是成本較高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種成本低、黏度大、穩(wěn)定性好的礦用黃土復(fù)合凝膠防滅火材料及其制備方法。本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:本發(fā)明的礦用黃土復(fù)合凝膠防滅火材料，包括基料、促凝劑和骨料，所述基料為水玻璃，所述促凝劑采用聚丙烯酰胺，所述骨料為黃土。本發(fā)明的上述的礦用黃土復(fù)合凝膠防滅火材料的制備方法，首先將基料和促凝劑混合，將骨料和水混合，然后將兩種漿液混合按照每分鐘90轉(zhuǎn)的速率攪拌2至3分鐘即得產(chǎn)品。由上述本發(fā)明提供的技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明實(shí)施例提供的礦用黃土復(fù)合凝膠防滅火材料及其制備方法，由于包括基料、促凝劑和骨料，基料為水玻璃，促凝劑采用聚丙烯酰胺，骨料為黃土，首先將基料和促凝劑混合，將骨料和水混合，然后將兩種漿液混合、攪拌即得產(chǎn)品，成本低、黏度大、穩(wěn)定性好。
具體實(shí)施例方式下面將對本發(fā)明實(shí)施例作進(jìn)一步地詳細(xì)描述。本發(fā)明的礦用黃土復(fù)合凝膠防滅火材料，其較佳的具體實(shí)施方式
是:包括基料、促凝劑和骨料，所述基料為水玻璃，所述促凝劑采用聚丙烯酰胺，所述骨料為黃土。所述基料、促凝劑和骨料所述占的質(zhì)量份分別為:5 8質(zhì)量份、I 5質(zhì)量份、100 180質(zhì)量份，其余100 120質(zhì)量份為水。本發(fā)明的上述的礦用黃土復(fù)合凝膠防滅火材料的制備方法，其較佳的具體實(shí)施方式
是:首先將基料和促凝劑混合，將骨料和水混合，然后將兩種漿液混合按照每分鐘90轉(zhuǎn)的速率攪拌2至3分鐘即得產(chǎn)品，此時(shí)漿液黏度明顯增大，并且繼續(xù)攪拌不會有明顯變化。本發(fā)明礦用黃土復(fù)合凝膠防滅火材料，由基料水玻璃、促凝劑聚丙烯酰胺、骨料黃土按一定比例混合，通過化學(xué)反應(yīng)形成復(fù)合膠體。在煤礦開采過程中向采煤工作面后的遺煤和其它易于發(fā)火的工作面噴灑或注入該復(fù)合膠體，可起到堵漏、隔氧、降溫與阻化作用，且在較大外力作用下，不會開裂具有一定強(qiáng)度，具有廣泛的應(yīng)用前景。因該復(fù)合膠體所采用組分均具有阻化性，可有效惰化煤體表面的活性結(jié)構(gòu)，降低煤的氧化性和放熱性，從而使煤失去低溫氧化性，達(dá)到徹底防止煤炭自燃的目的。產(chǎn)品無毒無害無味，不污染礦井，對人體無毒副作用，取材方便經(jīng)濟(jì)，適宜于井下潮濕環(huán)境使用，具有明顯的市場應(yīng)用前景。本發(fā)明能達(dá)到有效防治煤層礦井自燃的目的，以礦用黃土材料為主要原料的復(fù)合膠體防滅火材料，不僅具有傳統(tǒng)膠體材料穩(wěn)定性好，粘度大，強(qiáng)度高，無污染的特點(diǎn)，且其堵漏、隔氧、降溫與阻化效果同樣優(yōu)良。本發(fā)明中，基料采用水玻璃即硅酸鈉，其性能穩(wěn)定、無污染。硅酸成膠所需促凝劑有無氨促凝劑和氨類促凝劑兩大類。目前采用的無氨促凝劑主要是鋁酸鹽，但其成本較高；而氨類促凝劑在較高溫度下都有分解傾向，釋放出有害氣體氨氣。本發(fā)明采用在使用過程中不會產(chǎn)生氨氣的聚丙烯酰胺作為高分子促凝劑，利于環(huán)境保護(hù)和工人身體健康，且用量小，從而成本低廉，并通過正交實(shí)驗(yàn)法實(shí)現(xiàn)了成膠時(shí)間可控。其好處在于利用不同原料配比會產(chǎn)生不同性質(zhì)的膠體，具有不同的強(qiáng)度、黏度、流動性、吸濕性，可滿足不同溫度、礦壓、潤濕性煤層的要求。且在形成膠體過程中，不同時(shí)間段膠體混合物的性質(zhì)不同，其膠體混合物在未凝固前具有良好的觸變性能，因此能夠通過管道順利壓入煤層，在到達(dá)煤層高處后將在可控時(shí)間內(nèi)凝固，同時(shí)吸收大量熱量，具有一定的強(qiáng)度及粘性，從而具有良好的防滅火性能及穩(wěn)定性，能夠承受一定的礦壓，通過控制成膠時(shí)間及不同時(shí)間段的膠體性質(zhì)，可以順利將混合膠體材料壓入煤層且抑制煤層自燃。且該凝膠脫水率低，壽命更長久；另外，由于黃土用量大，能與基料和促凝劑通過多種化學(xué)鍵和分子間力緊密結(jié)合，使膠體強(qiáng)度增加，脫水緩慢，能夠浸潤煤體內(nèi)部的空隙，更有利于惰化煤體內(nèi)部的活性基團(tuán)，從而達(dá)到防滅火的效
果O使用本發(fā)明防滅火材料用于礦井下的制備方法是:將基料和促凝劑混合，骨料和水混合，然后分別使用凝膠泵和泥漿泵將兩種漿液混合澆注到煤層工作面易于發(fā)火的部位。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)中的復(fù)合膠體滅火材料相比具有以下優(yōu)點(diǎn):(I)本發(fā)明所采用的促凝劑為聚丙烯酰胺，克服了氨類促凝劑釋放氨氣的缺陷，無毒、無害、無味，不污染井下作業(yè)環(huán)境；同時(shí)由于其為高分子促凝劑，用量小，因此價(jià)格低廉，適于井下大面積推廣使用；(2)本發(fā)明選取黃土作為骨料，其用量大，能與膠體間通過多種化學(xué)鍵和分子間力充分結(jié)合，使膠體強(qiáng)度增加，脫水緩慢，能夠浸潤煤體內(nèi)部的空隙，更有利于惰化煤體內(nèi)部的活性基團(tuán)，從而達(dá)到防滅火的目的；在實(shí)際應(yīng)用中可根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況、使用地點(diǎn)(如采空區(qū)、密閉墻、巷道頂板、采煤工作面等)及相應(yīng)成膠時(shí)間等因素，具體配制不同成膠時(shí)間、不同粘度、不同膠體強(qiáng)度的防滅火材料。具體實(shí)施例:為了處理局部火區(qū)、高溫區(qū)及隱患點(diǎn)，采用黃土復(fù)合膠體和井下移動式凝膠泵。上述注膠地點(diǎn)空間有限，膠體用量較少，為防止流失滲漏，配制成膠時(shí)間較短的漿液。首先將復(fù)合膠體所用原料及設(shè)備運(yùn)送到井下；然后，將基料、促凝劑、及骨料分別配制成漿液；最后，通過凝膠泵將漿液共混，澆注到井下所需防滅火地點(diǎn)。實(shí)施例1:黃土土復(fù)合膠體材料成份:基料為水玻璃，促凝劑采用聚丙烯酰胺，骨料為黃土?；习俜趾繛?5質(zhì)量份，促凝劑:1.2質(zhì)量份，骨料:140質(zhì)量份，成膠時(shí)間:2min35s。實(shí)施例2:黃土復(fù)合膠體材料成份:基料為水玻璃，促凝劑采用聚丙烯酰胺，骨料為黃土?；习俜趾繛?4質(zhì)量份，促凝劑:1質(zhì)量份，骨料:140質(zhì)量份,成膠時(shí)間:2min30s。實(shí)施例3:黃土復(fù)合膠體材料成份:基料為水玻璃，促凝劑采用聚丙烯酰胺，骨料為黃土?；习俜趾繛?4質(zhì)量份，促凝劑:1質(zhì)量份，骨料:120質(zhì)量份,成膠時(shí)間:2minl0s。實(shí)施例4:黃土復(fù)合膠體材料成份:基料為水玻璃，促凝劑采用聚丙烯酰胺，骨料為黃土?；习俜趾繛?4質(zhì)量份，促凝劑:1質(zhì)量份，骨料:160質(zhì)量份,成膠時(shí)間:2min25s。實(shí) 施例5:
黃土復(fù)合膠體材料成份:基料為水玻璃，促凝劑采用聚丙烯酰胺，骨料為黃土?；习俜趾繛?6質(zhì)量份，促凝劑:1.4質(zhì)量份,骨料:180質(zhì)量份,成膠時(shí)間:2min45s。上述實(shí)施例中，黃土復(fù)合膠體均具有良好的防滅火性能，滅火效果十分理想。以上所述，僅為本發(fā)明較佳的具體實(shí)施方式
，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明披露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)該以權(quán)利要求書的保護(hù)范圍為準(zhǔn)?！?br> 權(quán)利要求
1.一種礦用黃土復(fù)合凝膠防滅火材料，其特征在于，包括基料、促凝劑和骨料，所述基料為水玻璃，所述促凝劑采用聚丙烯酰胺，所述骨料為黃土。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的礦用黃土復(fù)合凝膠防滅火材料，其特征在于，所述基料、促凝劑和骨料所述占的質(zhì)量份分別為:5 8質(zhì)量份、I 5質(zhì)量份質(zhì)量份、100 180質(zhì)量份質(zhì)量份，其余100 120質(zhì)量份為水。
3.—種權(quán)利要求1所述的礦用黃土復(fù)合凝膠防滅火材料的制備方法，其特征在于，首先將基料和促凝劑混合，將骨料和水混合，然后將兩種漿液混合按照每分鐘90轉(zhuǎn)的速率攪拌2至3分鐘即 得產(chǎn)品。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種礦用黃土復(fù)合凝膠防滅火材料及其制備方法，包括基料、促凝劑和骨料，基料為水玻璃，促凝劑采用聚丙烯酰胺，骨料為黃土，首先將基料和促凝劑混合，將骨料和水混合，然后將兩種漿液混合、攪拌即得產(chǎn)品。成本低、黏度大、穩(wěn)定性好。
文檔編號C04B111/28GK103232217SQ201310162808
公開日2013年8月7日 申請日期2013年5月6日 優(yōu)先權(quán)日2013年5月6日
發(fā)明者朱紅青, 常明然, 沈靜 申請人:中國礦業(yè)大學(xué)(北京)