一種用于煤層火災(zāi)治理的凝膠泡沫的制作方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種用于煤層火災(zāi)治理的凝膠泡沫，其中，按照重量百分比其包括：1.5%-0.7%的發(fā)泡劑，1%-0.4%的合成高吸水穩(wěn)泡劑，余量為水。較之傳統(tǒng)的水漿和凝膠，覆蓋面更廣，可快速向上部堆積，能將更多的水、固體不燃物帶入防滅火區(qū)域，提高了泡沫強(qiáng)度，極大地提高了防滅火效，并且發(fā)泡劑選用烷基糖苷與烷基磺酸鹽等表面活性劑復(fù)配，并且合成的高吸水樹(shù)脂耐鹽性也較好，相比于其他凝膠泡沫其吸水性能也明顯提高，而且凝膠泡沫靜置，析出50ml水的時(shí)間在4～5小時(shí)，泡沫半衰期的時(shí)間在18小時(shí)以上，提高了泡沫的穩(wěn)定性與泡沫封堵的持久性，能夠在高出堆積，對(duì)高、中部煤體也能起到防治作用。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種用于煤層火災(zāi)治理的凝膠泡沬
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及井下煤礦防滅火技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域，尤其涉及一種用于煤層火災(zāi)治理的凝膠泡沫。
【背景技術(shù)】
[0002]煤炭自燃是客觀存在的一種自然現(xiàn)象，煤氧復(fù)合放出的熱量是引起煤炭自燃的根本原因。其具體過(guò)程是:空氣隨煤體裂隙進(jìn)入煤體內(nèi)部，煤氧自發(fā)復(fù)合放出大量熱量，該熱量在一定的蓄熱條件下被積聚起來(lái)，當(dāng)積聚的熱量能夠滿足煤自燃過(guò)程發(fā)展的需要時(shí)，煤體溫度不斷上升，最終導(dǎo)致煤炭自燃。
[0003]在我國(guó)，自燃發(fā)火的礦井范圍廣、數(shù)量多，嚴(yán)重威脅著礦井和礦工的人身安全。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)北方7省煤層露頭火區(qū)面積達(dá)720km2，已累計(jì)燒毀煤量42億噸，目前仍以每年燒毀5000?6000萬(wàn)噸煤的速度發(fā)展。而礦井煤層自燃火災(zāi)也十分嚴(yán)重，50%以上的國(guó)有重點(diǎn)煤礦存在自燃發(fā)火危險(xiǎn)，特厚煤層開(kāi)采尤為嚴(yán)重。煤層發(fā)生自燃時(shí)，在高溫下分解及氧化釋放出大量有毒有害氣體，同時(shí)，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。為防治煤炭自燃，一般采用常規(guī)的注漿、注氮?dú)狻⒆⒆杌瘎┓罍缁鸺夹g(shù)和材料進(jìn)行防治。但現(xiàn)有的這些防滅火技術(shù)都存在一定程度的缺陷和不足。
[0004]用注凝膠技術(shù)，在煤礦自燃防治中起到了很大的作用:其成膠前具有良好的流動(dòng)性，便于管網(wǎng)大流量、遠(yuǎn)距離輸送；膠體可停留在松散煤體內(nèi)高處，包裹煤體，吸熱降溫、堵塞漏風(fēng)通道，且具有良好的耐高溫特性。但也存在很大的局限性:凝膠在采空區(qū)中流動(dòng)能力差，滲透范圍很小，對(duì)撲滅大范圍火災(zāi)不適用，使用成本也很高，銨鹽凝膠對(duì)環(huán)境影響大。
[0005]國(guó)內(nèi)一些學(xué)者成功把泡沫技術(shù)應(yīng)用于煤礦防滅火,三相泡沫覆蓋于煤體表面，穩(wěn)定一段時(shí)間泡沫破滅后固相介質(zhì)仍能均勻地覆蓋在浮煤上，可持久地阻礙煤對(duì)氧的吸附，防治煤的氧化，從而有效的防治煤炭自燃發(fā)火，但是三相泡沫技術(shù)雖然產(chǎn)生量大，但泡沫的強(qiáng)度低，穩(wěn)定性較差，無(wú)法保證封堵的持久性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]鑒于上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種用于煤層火災(zāi)治理的凝膠泡沫，以提高泡沫強(qiáng)度與穩(wěn)定性，提高泡沫封堵的持久性。
[0007]為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本
【發(fā)明內(nèi)容】
包括:
[0008]一種用于煤層火災(zāi)治理的凝膠泡沫，其中，按照重量百分比其包括:
[0009]1.5%-0.7%的發(fā)泡劑，1%-0.4%的合成高吸水穩(wěn)泡劑，余量為水。
[0010]所述的凝膠泡沫，其中，所述發(fā)泡劑包括烷基糖苷與烷基磺酸鹽，所述烷基糖苷與所述烷基磺酸鹽的質(zhì)量比為2-3:5-7。
[0011]所述的凝膠泡沫，其中，所述合成高吸水穩(wěn)泡劑包括單體、引發(fā)劑、交聯(lián)劑與中和齊U，單體、引發(fā)劑、交聯(lián)劑與中和劑的質(zhì)量比為25:1:1:13。[0012]所述的凝膠泡沫，其中，所述單體為可溶性淀粉與丙烯酸的混合物，所述引發(fā)劑為過(guò)硫酸鉀，所述交聯(lián)劑為N，N-亞甲基雙丙烯酰胺，所述中和劑為氫氧化鈉，所述單體中可溶性淀粉與丙烯酸的質(zhì)量比為10:3。
[0013]所述的凝膠泡沫，其中，將可溶性淀粉與丙烯酸充分混合后形成百分比濃度為50%的混合物溶液，用25%的氫氧化鈉中和所述混合物溶液至中和度為60%-90%，然后再向其中加入N，N-亞甲基雙丙烯酰胺形成分散混合物溶液，然后再向所述分散混合物溶液內(nèi)加入硫酸鉀充分混合后，將溫度緩慢升溫至60°C，充分反應(yīng)左右得到固體聚合物，將所述固體聚合物放入溫度為90°C的干燥箱內(nèi)烘干，取出后粉碎得到所述合成高吸水穩(wěn)泡劑。
[0014]本發(fā)明提供的一種用于煤層火災(zāi)治理的凝膠泡沫，布置凝膠泡沫后能在采空區(qū)中形成三維流動(dòng)方式，較之傳統(tǒng)的水漿和凝膠，覆蓋面更廣，可快速向上部堆積，能將更多的水、固體不燃物帶入防滅火區(qū)域，提高了泡沫強(qiáng)度，極大地提高了防滅火效果，特別適合撲滅隱蔽火源的火災(zāi)，并且發(fā)泡劑選用烷基糖苷與烷基磺酸鹽等表面活性劑復(fù)配，并且合成的高吸水樹(shù)脂耐鹽性也較好，相比于其他凝膠泡沫其吸水性能也明顯提高，而且凝膠泡沫靜置，析出50ml水的時(shí)間在4?5小時(shí)，泡沫半衰期的時(shí)間在18小時(shí)以上，保證了泡沫覆蓋在煤體上的時(shí)間，提高了泡沫的穩(wěn)定性與泡沫封堵的持久性，本發(fā)明中凝膠泡沫90%以上都是水，合成的高吸水樹(shù)脂克服了因添加水溶性高分子材料遇到的水流失等問(wèn)題，吸水倍率高，不會(huì)惡化井下工作環(huán)境，保證了煤質(zhì)，并且本發(fā)明凝膠泡沫具有較好的黏附性能，能夠在高出堆積，對(duì)高、中部煤體也能起到防治作用。
【具體實(shí)施方式】
[0015]本發(fā)明提供了一種用于煤層火災(zāi)治理的凝膠泡沫，為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及效果更加清楚、明確，以下對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
[0016]本發(fā)明提供了一種用于煤層火災(zāi)治理的凝膠泡沫，按照重量百分比其包括:
1.5%-0.7%的發(fā)泡劑，1%-0.4%的合成高吸水穩(wěn)泡劑，余量為水。比如采用0.9%發(fā)泡劑、0.4%合成高吸水穩(wěn)泡劑，余量為水的方案；或者1.5%發(fā)泡劑、1%合成高吸水穩(wěn)泡劑，余量為水的方案；又或者0.8%發(fā)泡劑、0.9%合成高吸水穩(wěn)泡劑，余量為水的方案。顯然的，至于各個(gè)組分的比例可以在上述重量百分比范圍內(nèi)進(jìn)行適應(yīng)性調(diào)整，在此不再一一贅述。
[0017]更進(jìn)一步的，所述發(fā)泡劑包括烷基糖苷與烷基磺酸鹽，所述烷基糖苷與所述烷基磺酸鹽的質(zhì)量比為2-3:5-7，比如，所述烷基糖苷與所述烷基磺酸鹽的質(zhì)量比可以為3:7、2:5、3:5或2:7，其具體的比例可以根據(jù)需要進(jìn)行合理的調(diào)整。并且所述合成高吸水穩(wěn)泡劑包括單體、引發(fā)劑、交聯(lián)劑與中和劑，單體、引發(fā)劑、交聯(lián)劑與中和劑的質(zhì)量比為25:1:1:13。
[0018]在本發(fā)明的另一較佳實(shí)施例中，所述單體為可溶性淀粉與丙烯酸的混合物，所述引發(fā)劑為過(guò)硫酸鉀，所述交聯(lián)劑為N，N-亞甲基雙丙烯酰胺，所述中和劑為氫氧化鈉，所述單體中可溶性淀粉與丙烯酸的質(zhì)量比為10:3。
[0019]而且將可溶性淀粉與丙烯酸充分混合后形成百分比濃度為50%的混合物溶液，用25%的氫氧化鈉中和所述混合物溶液至中和度為60%-90%，然后再向其中加入N，N-亞甲基雙丙烯酰胺形成分散混合物溶液，然后再向所述分散混合物溶液內(nèi)加入硫酸鉀充分混合后，將溫度緩慢升溫至60°C，充分反應(yīng)2小時(shí)左右得到固體聚合物，將所述固體聚合物放入溫度為90°C的干燥箱內(nèi)烘干，取出后粉碎得到所述合成高吸水穩(wěn)泡劑。
[0020]將烷基糖苷與烷基磺酸鹽按3:7的比例復(fù)配發(fā)泡劑，加入質(zhì)量濃度為0.2%的合成高吸水穩(wěn)泡劑，用Waring Blender攪拌法(瓦氏高速搗碎器)攪拌，將轉(zhuǎn)速調(diào)制3000r/min，攪拌時(shí)間為I分鐘，將攪拌機(jī)的凝膠泡沫倒入2000ml大量筒中，測(cè)定發(fā)泡劑的高度為1020ml，其中析出50ml水的時(shí)間為30分鐘，破泡半衰期為I小時(shí)。
[0021]將烷基糖苷與烷基磺酸鹽按2:5的比例復(fù)配發(fā)泡劑，加入質(zhì)量濃度為0.3%的合成高吸水穩(wěn)泡劑，用Waring Blender攪拌法攪拌,將轉(zhuǎn)速調(diào)制3000r/min,攪拌時(shí)間為I分鐘，將攪拌機(jī)的凝膠泡沫倒入2000ml大量筒中，測(cè)定發(fā)泡劑的高度為980ml，其中析出50ml水的時(shí)間為1.2小時(shí)，破泡半衰期為6小時(shí)。
[0022]將烷基糖苷與烷基磺酸鹽按1:3的比例復(fù)配發(fā)泡劑，加入質(zhì)量濃度為0.4%的合成高吸水穩(wěn)泡劑，用Waring Blender攪拌法攪拌,將轉(zhuǎn)速調(diào)制3000r/min,攪拌時(shí)間為I分鐘，將攪拌機(jī)的凝膠泡沫倒入2000ml大量筒中，測(cè)定發(fā)泡劑的高度為935ml，其中析出50ml水的時(shí)間為4.5小時(shí)，破泡半衰期為19小時(shí)。
[0023]配置成的高吸水凝膠泡沫均具有較好的防滅火性能。
[0024]將沒(méi)經(jīng)過(guò)凝膠泡沫處理過(guò)的煤樣和經(jīng)過(guò)凝膠泡沫處理過(guò)的煤樣分別放入煤樣罐內(nèi)，程序控制升溫，測(cè)定100°C時(shí)，煤樣在阻化處理后前后釋放的一氧化碳量的差值與未經(jīng)阻化處理時(shí)釋放的一氧化碳量的百分比作為阻化率。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，在煤樣中添加凝膠泡沫，通過(guò)計(jì)算100°c時(shí)的阻化率得出其阻化率為63.88%，大大提高了煤的阻化性，阻化效果隨著凝I父泡沫的提聞而提聞。
【權(quán)利要求】
1.一種用于煤層火災(zāi)治理的凝膠泡沫，其特征在于，按照重量百分比其包括: 1.5%-0.7%的發(fā)泡劑，1%-0.4%的合成高吸水穩(wěn)泡劑，余量為水。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的凝膠泡沫，其特征在于，所述發(fā)泡劑包括烷基糖苷與烷基磺酸鹽，所述烷基糖苷與所述烷基磺酸鹽的質(zhì)量比為2-3:5-7。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的凝膠泡沫，其特征在于，所述合成高吸水穩(wěn)泡劑包括單體、弓丨發(fā)劑、交聯(lián)劑與中和劑，單體、引發(fā)劑、交聯(lián)劑與中和劑的質(zhì)量比為25:1:1:13。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的凝膠泡沫，其特征在于，所述單體為可溶性淀粉與丙烯酸的混合物，所述引發(fā)劑為過(guò)硫酸鉀，所述交聯(lián)劑為N，N-亞甲基雙丙烯酰胺，所述中和劑為氫氧化鈉，所述單體中可溶性淀粉與丙烯酸的質(zhì)量比為10:3。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的凝膠泡沫，其特征在于，將可溶性淀粉與丙烯酸充分混合后形成百分比濃度為50%的混合物溶液，用25%的氫氧化鈉中和所述混合物溶液至中和度為60%-90%，然后再向其中加入N，N-亞甲基雙丙烯酰胺形成分散混合物溶液，然后再向所述分散混合物溶液內(nèi)加入硫酸鉀充分混合后，將溫度緩慢升溫至60°C，充分反應(yīng)左右得到固體聚合物，將所述固體聚合物放入溫度為90°C的干燥箱內(nèi)烘干，取出后粉碎得到所述合成高吸水穩(wěn)泡劑。
【文檔編號(hào)】E21F5/02GK103742186SQ201410025728
【公開(kāi)日】2014年4月23日 申請(qǐng)日期:2014年1月21日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月21日
【發(fā)明者】王剛, 程衛(wèi)民, 張新花, 孫路路, 張孝強(qiáng), 王海洋, 杜文洲 申請(qǐng)人:山東科技大學(xué)