專利名稱：用于煤層火災(zāi)治理的復(fù)合膠體的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于防滅火材料領(lǐng)域，特別是涉及一種用于煤層火災(zāi)治理的復(fù)合膠體。
背景技術(shù)：
煤層自然著火的主要原因是煤層中存在裂隙，空氣隨裂隙進(jìn)入煤層，氧氣與一些自由基反應(yīng)放出熱量，熱量積聚至著火點(diǎn)即發(fā)生自然。灌注粉煤灰或黃泥漿、凝膠等是《煤礦安全規(guī)程》所要求的煤層火災(zāi)防治手段之一。粉煤灰或黃泥灌漿的滅火原理是漿液中的水分吸收大量的熱，起到滅火降溫作用，泥漿覆蓋浮煤表面，起隔絕空氣的作用，阻止氧氣與自由基反應(yīng)。粉煤灰或黃泥漿流動性好，但不能在高處堆積、很難有效封堵較寬裂隙，且漿液沿裂隙流動時沖刷裂隙壁，使空氣流暢進(jìn)入，易發(fā)生復(fù)燃；粉煤灰或黃土與水易分離，水的流動性好于漿液流動性，水首先遇到高溫煤體產(chǎn)生大量水蒸汽，惡化工作環(huán)境，并有產(chǎn)生水煤汽爆炸的危險(xiǎn)。凝膠防滅火技術(shù)集堵漏、降溫、阻化、固結(jié)水等性能于一體，較好的解決了灌漿、注水的水泄漏流失問題，適用于各種類型的煤層火災(zāi)治理。凝膠基料一般采用水玻璃，促凝劑采用NH4HCO3或NaHCO3，但成本很高，且成膠原料添加量大，現(xiàn)場配比難掌握，工人勞動強(qiáng)度大。另外，采用NH4HCO3做促凝劑時有NH3放出，影響礦工健康。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的問題是提供一種滅火速度快、滲流范圍大、能在設(shè)定時間內(nèi)實(shí)現(xiàn)液固轉(zhuǎn)化及成本低廉的用于煤層火災(zāi)治理的復(fù)合膠體。
解決上述問題的技術(shù)方案是所提供的用于煤層火災(zāi)治理的復(fù)合膠體主要由水和骨料混合成的漿料與膠凝劑混合組成，所說的骨料是粉煤灰、黃土、沙土或石粉中的一種，所說的膠凝劑是聚丙烯酸鈉。一般先將水與骨料混合均勻制成漿液，然后加入膠凝劑注入火區(qū)。
當(dāng)水與骨料的漿液輸送管路曲折或距離較遠(yuǎn)時，可以加入懸浮劑，使?jié){液的輸送更加暢通。所說的懸浮劑是羧甲基纖維素或甲基纖維素中的一種或兩種。使用時將水、骨料與懸浮劑制成漿液，輸送至火區(qū)，加入膠凝劑即可。上述懸浮劑的加入量可為水重量的1～2％。
為了減少漿液灌注量，降低滅火成本，可以在漿液中加入硫酸鋁和碳酸氫銨。使用時通常是先由水、骨料、硫酸鋁混合攪拌制成漿料，將漿料輸送至煤層火區(qū)附近，再在漿料中加入聚丙烯酸鈉與碳酸氫銨的混合物，然后注入火區(qū)。硫酸鋁與碳酸氫銨的加入可產(chǎn)生CO2氣體，聚丙烯酸鈉的加入可使?jié){料在設(shè)定時間內(nèi)膠凝，增加或減少聚丙烯酸鈉的添加量可縮短或延長液固轉(zhuǎn)化速度。漿液在流向火區(qū)時自動攪拌，膠凝的同時放出CO2氣體。CO2氣體一方面使膠體發(fā)泡，增加填堵裂隙的復(fù)合膠體體積；另一方面CO2氣體比重大于氧氣比重，逸出復(fù)合膠體的CO2可趕走氧氣，熄滅火源，且每引入1kg的CO2氣體即可封閉約0.5m3的體積，尤其對注漿位置頂部的火區(qū)具有顯著的滅火效果。由于固體轉(zhuǎn)變?yōu)闅怏w時體積急劇增加，膠體被擠入細(xì)小裂隙，因此可以充分隔絕空氣。
硫酸鋁(Al2(SO4)3·18H2O)的添加量為水重量的1～10％，碳酸氫銨的加入量按碳酸氫銨與硫酸鋁的重量比值為1∶1.4計(jì)算。
一般情況下聚丙烯酸鈉的加入量是水重量的0.5～2％，聚丙烯酸鈉的分子量大于1500萬；聚丙烯酸鈉的最佳加入量是水重量的1～2％。
骨料、膠凝劑添加量對膠凝速度有一定影響，骨料添加量越大膠凝速度越快，膠凝劑添加量越大膠凝速度越快。
一般情況下，黃土添加量可為水重量的30～140％，粉煤灰添加量可為水重量的30～140％，石粉添加量可為水重量的40～160％，沙土添加量可為水重量的40～150％。
通常情況下，各骨料的添加量可為水重量的比例分別是黃土60～110％，粉煤灰50～100％，石粉80～140％，沙土70～120％。
最佳比例為黃土添加量為水重量的80～110％，粉煤灰添加量為水重量的60～100％，石粉添加量為水重量的100～140％，沙土添加量為水重量的80～120％。
選用上述骨料主要考慮在滿足滅火要求的同時能最大程度地降低滅火成本及環(huán)境保護(hù)等問題。
由骨料、水及膠凝劑制得的復(fù)合膠體優(yōu)點(diǎn)為1.滅火速度快復(fù)合膠體在設(shè)定區(qū)域內(nèi)流動性逐漸減弱，充分包裹煤體，隔絕空氣，熄滅火源。2.膠體充填范圍大復(fù)合膠體在填充裂隙過程中逐漸失去流動性，附近裂隙充滿后繼續(xù)充填周圍裂隙。3.滅火效果持久所采用的骨料(粉煤灰、黃土、沙土或石粉)穩(wěn)定性好，能永久填堵裂隙。4.安全性好膠體在松散煤體內(nèi)膠凝固化、堵塞漏風(fēng)通道，故有害氣體消失快，在高溫下膠體不會產(chǎn)生大量水蒸汽，不存在水煤氣爆炸和水蒸汽傷人的危險(xiǎn)；5.火區(qū)不易復(fù)燃使用的滅火材料主體為無機(jī)耐高溫材料，能持久隔絕空氣。
添加懸浮劑的漿液可解決管路曲折或距離較遠(yuǎn)時漿液的輸送問題。
添加發(fā)泡劑的漿液膠凝后CO2氣體使膠體發(fā)泡，大大減少了注漿量，加快了滅火速度。
另外，本滅火膠體的成本低廉，原料易得，特別是可在礦區(qū)附近就地取材，有利于煤礦注漿防滅火技術(shù)的推廣。
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例1取一定量的水四份，分別加入占水重量100％的直徑小于1mm的粉煤灰、黃土、沙土和石粉，混合均勻，再分別加入占水重量為1％的聚丙烯酸鈉(分子量大于1500萬)。經(jīng)測試，25～45秒鐘之間開始發(fā)生膠凝，其30秒時流動度為64～85mm，完全滿足滅火注漿和隔絕空氣的要求。
流動度的測試方法是將上口直徑為36mm，下口直徑為64mm，高度為60mm，厚5mm的內(nèi)壁光滑無接縫金屬截錐模置于水平玻璃板中央，錐模內(nèi)部和玻璃板均用濕布擦過，并將濕布覆蓋上面；向2000ml燒杯中加入水，再加入稱量好的粉體并攪拌均勻，將錐模置于水平玻璃板中央，迅速將拌好的漿體注入截錐模內(nèi)，刮平并清掉溢出漿體，將錐模按垂直方向迅速提起約30cm高，至無附壁漿體流下時移開，30秒時量取垂直方向的直徑(mm)，三次試驗(yàn)的直徑平均值即為流動度。
實(shí)施例2取一定量的水四份，分別加入占水重量140％、直徑小于1mm的粉煤灰、黃土、沙土和石粉，混合均勻；再加入占水重量0.5％的聚丙烯酸鈉(分子量大于1500萬)。經(jīng)測試，20秒鐘后發(fā)生膠凝，其20秒時流動度為64～70mm。
實(shí)施例3取一定量的水四份，分別加入占水重量40％、直徑小于1mm的粉煤灰、黃土、沙土、石粉、占水重量1％的羧甲基纖維素鈉；再加入占水重量1.5％的聚丙烯酸鈉(分子量大于1500萬)。經(jīng)測試，60秒鐘后發(fā)生膠凝，60秒時流動度為80～120mm。
實(shí)施例4取一定量的水，向水中加入1.4％的硫酸鋁，再加入占水重量100％的粉煤灰，混合攪拌均勻，再向該漿料中加入水重量1％的聚丙烯酸鈉及水重量1％的碳酸氫銨，25秒鐘后發(fā)生膠凝，其25秒時流動度為64～75mm，膠體體積增加了2.3倍。
實(shí)施例5取一定量的水，向水中加入2.8％的硫酸鋁，再加入占水重量120％的黃土和占水重量1％的羧甲基纖維素鈉，攪拌均勻，再向該漿料中加入水重量1％的聚丙烯酸鈉及水重量2％的碳酸氫銨，25秒鐘后發(fā)生膠凝，其25秒時流動度為64～75mm，膠體體積增加4.2倍。
權(quán)利要求
1.一種用于煤層火災(zāi)治理的復(fù)合膠體，其特征是主要由水和骨料混合成的漿料與膠凝劑混合組成，所說的骨料是粉煤灰、黃土、沙土或石粉中的一種，所說的膠凝劑是聚丙烯酸鈉。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的復(fù)合膠體，其特征是所說黃土添加量為水重量的30～140％，粉煤灰添加量為水重量的30～140％，石粉添加量為水重量的40～160％，沙土添加量為水重量的40～150％。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的復(fù)合膠體，其特征是所說黃土添加量為水重量的60～110％，粉煤灰添加量為水重量的50～100％，石粉添加量為水重量的80～140％，沙土添加量為水重量的70～120％。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的復(fù)合膠體，其特征是所說黃土添加量為水重量的80～110％，粉煤灰添加量為水重量的60～100％，石粉添加量為水重量的100～140％，沙土添加量為水重量的80～120％。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4任意一項(xiàng)所述的復(fù)合膠體，其特征是所說的聚丙烯酸鈉的加入量為水重量的0.5～2％，聚丙烯酸鈉的分子量大于1500萬。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的復(fù)合膠體，其特征是還加有懸浮劑，所說的懸浮劑是羧甲基纖維素或甲基纖維素中的一種或兩種，懸浮劑的加入量為水重量的1～2％。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的復(fù)合膠體，其特征是還加有硫酸鋁和碳酸氫銨。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的復(fù)合膠體，其特征是還加有硫酸鋁和碳酸氫銨。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的復(fù)合膠體，其特征是硫酸鋁的加入量為水重量的1～10％，碳酸氫銨的加入量按碳酸氫銨與硫酸鋁的重量比為1∶1.4計(jì)算。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的復(fù)合膠體，其特征是硫酸鋁加入量為水重量的1～10％，碳酸氫銨加入量按碳酸氫銨與硫酸鋁的重量比為1∶1.4計(jì)算。
全文摘要
本發(fā)明是一種用于煤層火災(zāi)治理的復(fù)合膠體，它主要由水、骨料和膠凝劑組成，其中，骨料是粉煤灰、黃土、沙土或石粉中的一種，膠凝劑是聚丙烯酸鈉。使用時先將水和骨料攪拌成漿料，再加入聚丙烯酸鈉即可。本復(fù)合膠體中還可以加入硫酸鋁和碳酸氫銨使其膠凝發(fā)泡，減少注漿量，也可加入懸浮劑防止骨料在管路輸送過程中的沉降。本發(fā)明為煤層火災(zāi)治理提供了一種成本低廉的滅火膠體，其原料易得，操作簡單，注漿量少，有利于煤礦注漿防滅火技術(shù)的推廣。
文檔編號A62C3/00GK1931397SQ20061010470
公開日2007年3月21日 申請日期2006年10月9日 優(yōu)先權(quán)日2006年10月9日
發(fā)明者文虎, 張辛亥, 劉鑫, 鄧軍, 馬礪, 張平麗 申請人:西安森蘭科貿(mào)有限責(zé)任公司