專利名稱：礦用黃土復合凝膠防滅火材料及其制備方法
技術領域：
本發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合凝膠防滅火材料及其制備方法。
背景技術：
目前，煤礦安全形勢尚未得到有效遏制，重特大災害事故時有發生。煤礦火災主要是煤自然發火，由于空氣滲漏進入松散煤體，煤分子表面活性結構與空氣中氧接觸，發生物理吸附、化學吸附及化學反應，同時放出熱量，在一定蓄熱環境下，煤體不斷氧化、放熱、升溫，當煤體溫度超過其臨界溫度，繼續升溫，達到著火點，最終導致煤體燃燒造成煤礦火災。煤體自燃是煤氧復合放出熱量的結果，煤氧復合產生熱量，受漏風散熱和熱壓力驅動，各種因素耦合影響后煤體溫度發生變化，煤氧復合所產生的熱量擴散和積聚又可以被認為是一個熱量傳遞的過程。煤層火災不同于其它類型的火災，有其自身固有的特點，例如:火源點隱蔽，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，且溫度越高反應速度越快，放熱量越多；由溫差產生氣體熱流循環，自燃對流自供氧等。根據以上煤層自燃的特點，煤層自燃防滅火技術應具有下列特點:降低煤體內部溫度；提高反應活化能；減少或隔絕流經松散煤體的氧含量；耐溫性好，不易產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，故撲滅煤層火災時具有一定的局限性。為防治煤炭自燃，國內外 廣泛采用灌漿、注凝膠、注惰氣等技術。其中膠體防滅火技術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，便于管網大流量、遠距離的輸送，各組分混合成膠前，呈液態壓注進入松散高溫煤體內部，在一定時間內發生膠凝作用而失去流動性，膠體可以停留在松散煤體內高處，包裹煤體，吸熱降溫，堵塞漏風通道，降低煤表面分子的活性，提高反應活化能，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，不會產生大量高溫蒸汽，可減少水煤氣爆炸的危險，降低火勢發展速度。利用膠體材料防治煤層自然火災時，能夠同時破壞煤自燃發生所必備的三個條件，具有較高的滅火效率，撲滅火災的成功率較高。現有技術中的凝膠防滅火技術存在的主要問題是成本較高。
發明內容
本發明的目的是提供一種成本低、黏度大、穩定性好的礦用黃土復合凝膠防滅火材料及其制備方法。本發明的目的是通過以下技術方案實現的:本發明的礦用黃土復合凝膠防滅火材料，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。本發明的上述的礦用黃土復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轉的速率攪拌2至3分鐘即得產品。由上述本發明提供的技術方案可以看出，本發明實施例提供的礦用黃土復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、攪拌即得產品，成本低、黏度大、穩定性好。
具體實施例方式下面將對本發明實施例作進一步地詳細描述。本發明的礦用黃土復合凝膠防滅火材料，其較佳的具體實施方式
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量份分別為:5 8質量份、I 5質量份、100 180質量份，其余100 120質量份為水。本發明的上述的礦用黃土復合凝膠防滅火材料的制備方法，其較佳的具體實施方式
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轉的速率攪拌2至3分鐘即得產品，此時漿液黏度明顯增大，并且繼續攪拌不會有明顯變化。本發明礦用黃土復合凝膠防滅火材料，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，通過化學反應形成復合膠體。在煤礦開采過程中向采煤工作面后的遺煤和其它易于發火的工作面噴灑或注入該復合膠體，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度，具有廣泛的應用前景。因該復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構，降低煤的氧化性和放熱性，從而使煤失去低溫氧化性，達到徹底防止煤炭自燃的目的。產品無毒無害無味，不污染礦井，對人體無毒副作用，取材方便經濟，適宜于井下潮濕環境使用，具有明顯的市場應用前景。本發明能達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合膠體防滅火材料，不僅具有傳統膠體材料穩定性好，粘度大，強度高，無污染的特點，且其堵漏、隔氧、降溫與阻化效果同樣優良。本發明中，基料采用水玻璃即硅酸鈉，其性能穩定、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。本發明采用在使用過程中不會產生氨氣的聚丙烯酰胺作為高分子促凝劑，利于環境保護和工人身體健康，且用量小，從而成本低廉，并通過正交實驗法實現了成膠時間可控。其好處在于利用不同原料配比會產生不同性質的膠體，具有不同的強度、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，不同時間段膠體混合物的性質不同，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，在到達煤層高處后將在可控時間內凝固，同時吸收大量熱量，具有一定的強度及粘性，從而具有良好的防滅火性能及穩定性，能夠承受一定的礦壓，通過控制成膠時間及不同時間段的膠體性質，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鍵和分子間力緊密結合，使膠體強度增加，脫水緩慢，能夠浸潤煤體內部的空隙，更有利于惰化煤體內部的活性基團，從而達到防滅火的效
果O使用本發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火的部位。本發明與現有技術中的復合膠體滅火材料相比具有以下優點:(I)本發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，不污染井下作業環境；同時由于其為高分子促凝劑，用量小，因此價格低廉，適于井下大面積推廣使用；(2)本發明選取黃土作為骨料，其用量大，能與膠體間通過多種化學鍵和分子間力充分結合，使膠體強度增加，脫水緩慢，能夠浸潤煤體內部的空隙，更有利于惰化煤體內部的活性基團，從而達到防滅火的目的；在實際應用中可根據現場實際情況、使用地點(如采空區、密閉墻、巷道頂板、采煤工作面等)及相應成膠時間等因素，具體配制不同成膠時間、不同粘度、不同膠體強度的防滅火材料。具體實施例:為了處理局部火區、高溫區及隱患點，采用黃土復合膠體和井下移動式凝膠泵。上述注膠地點空間有限，膠體用量較少，為防止流失滲漏，配制成膠時間較短的漿液。首先將復合膠體所用原料及設備運送到井下；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。實施例1:黃土土復合膠體材料成份:基料為水玻璃，促凝劑采用聚丙烯酰胺，骨料為黃土。基料百分含量為:5質量份，促凝劑:1.2質量份，骨料:140質量份，成膠時間:2min35s。實施例2:黃土復合膠體材料成份:基料為水玻璃，促凝劑采用聚丙烯酰胺，骨料為黃土。基料百分含量為:4質量份，促凝劑:1質量份，骨料:140質量份,成膠時間:2min30s。實施例3:黃土復合膠體材料成份:基料為水玻璃，促凝劑采用聚丙烯酰胺，骨料為黃土。基料百分含量為:4質量份，促凝劑:1質量份，骨料:120質量份,成膠時間:2minl0s。實施例4:黃土復合膠體材料成份:基料為水玻璃，促凝劑采用聚丙烯酰胺，骨料為黃土。基料百分含量為:4質量份，促凝劑:1質量份，骨料:160質量份,成膠時間:2min25s。實 施例5:
黃土復合膠體材料成份:基料為水玻璃，促凝劑采用聚丙烯酰胺，骨料為黃土。基料百分含量為:6質量份，促凝劑:1.4質量份,骨料:180質量份,成膠時間:2min45s。上述實施例中，黃土復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，僅為本發明較佳的具體實施方式
，但本發明的保護范圍并不局限于此，任何熟悉本技術領域的技術人員在本發明披露的技術范圍內，可輕易想到的變化或替換，都應涵蓋在本發明的保護范圍之內。因此，本發明的保護范圍應該以權利要求書的保護范圍為準。·
權利要求
1.一種礦用黃土復合凝膠防滅火材料，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.根據權利要求1所述的礦用黃土復合凝膠防滅火材料，其特征在于，所述基料、促凝劑和骨料所述占的質量份分別為:5 8質量份、I 5質量份質量份、100 180質量份質量份，其余100 120質量份為水。
3.—種權利要求1所述的礦用黃土復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轉的速率攪拌2至3分鐘即 得產品。
全文摘要
本發明公開了一種礦用黃土復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、攪拌即得產品。成本低、黏度大、穩定性好。
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 優先權日2013年5月6日
發明者朱紅青, 常明然, 沈靜 申請人:中國礦業大學(北京)