一種利用相變溶膠防止煤礦采空區自燃火災的方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及礦業安全領域中的煤礦采空區防治，具體是一種利用相變溶膠防止煤礦采空區自燃火災的方法。
【背景技術】
[0002]煤自燃普遍存在于井工礦井，容易造成人員傷亡與財產損失。當煤礦采空區發生自燃火災，注入隊或0)2等惰性氣體滅火，需要不斷補充，注入過量易引起窒息事故，且在漏風嚴重的采空區效果較差。注入泥漿、凝膠等液態材料，一般沿重力方向運移，難以在采空區積聚，不適用于大傾角等復雜條件下的采空區。因此，亟需開發一種能在采空區漏風嚴重、煤層傾角較大等復雜條件下高效抑制自燃火災的技術。而且未見利用相變材料防治采空區自燃火災的報道。
【發明內容】
[0003]本發明為了解決目前井下存在的煤自燃問題，提供了一種利用相變溶膠防止煤礦采空區自燃火災的方法。
[0004]本發明是通過以下技術方案實現的:一種利用相變溶膠防止煤礦采空區自燃火災的方法，在煤礦井下向采空區注入多種氣態溶膠，溶膠膠體粒子在遺煤表面沉積，相互反應縮聚形成網狀結構，最終發生相變，形成具有良好熱穩定性的液態膠體或固態薄膜；
溶膠膠體粒子包括引發劑和至少一種交聯單體，且引發劑能夠促進交聯單體形成均聚物或/和共聚物。
[0005]上述形成的液態膠體或固態薄膜能夠隔絕空氣，抑制煤自燃的發生和發展。
[0006]進一步，所述溶膠膠體粒子包括至少一種抑制遺煤氧化的抗氧化劑。抗氧劑的添加可以有效地增加防火效果。
[0007]另外，本發明所述氣態溶膠是采用霧化法或機械化學法形成的。
[0008]優化的，所述引發劑為有機硅類化合物、丙烯酸酯類化合物或金屬有機化合物。所述有機硅類化合物選自縮醛有機硅、硅烯醚、硅烷偶聯劑；所述丙烯酸酯類化合物選自丙烯酸羥乙酯、丙烯酸羥丙酯；所述金屬有機化合物選自異丙醇鋁、醋酸鋅、醋酸鎂、乙酰丙酮鈦。
[0009]具體應用時，所述交聯單體為丙烯酸單體、甲基丙烯酸單體、順丁基二酸單體、丙烯酸鈉單體、丙烯醇單體、甲基丙烯醇單體、乙烯二醇單體、二甲基二烯丙基氯化銨或三甲基稀丙基氯化錢。
[0010]具體實施時，所述抗氧化劑為植酸、乙氧基喹啉、苯乙烯化苯酚或亞磷酸三壬基苯酯。
[0011]為了更詳盡的說明本發明，在實驗結果的基礎上，同時考慮材料配制的經濟成本，本發明提供了所述交聯單體、引發劑以及抗氧化劑的質量比為50?80:1?5:1?3。
[0012]進一步，本發明提供了一種相變溶膠滅火系統，包括連接于壓力系統上的若干氣態溶膠支管，氣態溶膠支管的數量與溶膠膠體粒子種類的數量相等，每個氣態溶膠支管上從頭至尾依次串聯有材料存儲罐、入口閥門、超聲波霧化發生裝置、出口閥門以及噴頭。具體實施時，所述壓力系統為優選的采用井下壓風系統或水壓系統，閥門優選的采用耐壓閥門，整體管路采用高壓膠管或金屬管，本發明所述相變溶膠滅火系統的各部件運行由智能控制系統控制處理。具體使用時，一個材料存儲罐內存儲一種溶膠膠體粒子，即一條氣態溶膠支管對應一種溶膠膠體粒子。氣態溶膠支管深入采空區內，開啟入口閥門，溶膠膠體粒子與壓力系統內的高壓液體介質或高壓氣體介質在超聲波霧化發生裝置內分散均勻后開啟出口閥門，各溶膠膠體粒子由噴頭噴出懸浮分散于采空區內，引發劑促進交聯單體形成均聚物或/和共聚物(相變過程)，抗氧化吸附于均聚物或/和共聚物上，在遺煤表面形成液態膠體或固態薄膜。
[0013]本發明所述利用相變溶膠防止煤礦采空區自燃火災的方法，能夠隔絕空氣，抑制遺煤氧化，防治自燃火災；本發明針對上述方法所采用的相變溶膠滅火系統，可以工業化、標準化、通用化的制造，能夠廣泛應用于煤礦井下采空區自燃火災的防治領域。
【附圖說明】
[0014]圖1為本發明所述相變溶膠滅火系統的布置不意圖。圖中:1-壓力系統，2-材料存儲罐，3-入口閥門，4-超聲波霧化發生裝置，5-出口閥門，6-噴頭。
[0015]圖2為本發明實施例1所述兩種溶膠膠體粒子在遺煤表面發生相變過程示意圖。圖中:A-丙烯酸單體，B-縮醛有機硅，C-反應形成的均聚物。
【具體實施方式】
[0016]實施例1
煤礦綜采工作面進風巷，將本發明所述相變溶膠滅火系統(如圖1所示)的材料存儲罐
2、入口閥門3、超聲波霧化發生裝置4、出口閥門5以及噴頭6從頭至尾依次串聯于氣態溶膠支管上，壓力系統1采用井下壓風。材料存儲罐2內分別加入丙烯酸單體和縮醛有機硅，其質量比為50:3 (或80:1，或12:1)，將噴頭6鋪設在進風巷順槽，隨工作面推進完全埋入采空區，之后分別依次噴射出縮醛有機硅和丙烯酸單體，溶膠膠體粒子隨采空區漏風流經采空區。在縮醛有機硅的引發下，在遺煤表面相互反應形成均聚物膠體，抑制煤氧化自燃。
[0017]實施例2
煤礦綜采工作面進風巷，將本發明所述相變溶膠滅火系統各部件進行連接，壓力系統采用井下水壓。材料存儲罐2內分別加入甲基丙烯酸單體、順丁基二酸單體、硅烯醚(或丙烯酸羥乙酯)和乙氧基喹啉，其質量比為30:30:5:1，將噴頭6鋪設在進風巷順槽，隨工作面推進完全埋入采空區，之后分別依次噴射出硅烯醚、甲基丙烯酸單體、順丁基二酸單體和乙氧基喹啉，溶膠膠體粒子隨采空區漏風流經采空區。在硅烯醚(或丙烯酸羥乙酯)的引發下，在遺煤表面相互反應形成均聚物和共聚物膠體，抑制煤氧化自燃。
[0018]實施例3
煤礦綜采工作面進風巷，將本發明所述相變溶膠滅火系統各部件進行連接，壓力系統采用井下壓風。材料存儲罐2內分別加入丙烯酸鈉單體、丙烯醇單體、甲基丙烯醇單體、硅烷偶聯劑(或異丙醇鋁)和苯乙烯化苯酚，其質量比為20:20:30:1:2，將噴頭6鋪設在進風巷順槽，隨工作面推進完全埋入采空區，之后分別依次噴射出硅烷偶聯劑、丙烯酸鈉單體、丙烯醇單體、甲基丙烯醇單體和苯乙烯化苯酚，溶膠膠體粒子隨采空區漏風流經采空區。在硅烷偶聯劑(或異丙醇鋁)的引發下，在遺煤表面相互反應形成均聚物和共聚物膠體，抑制煤氧化自燃。
[0019]實施例4
煤礦綜采工作面進風巷，將本發明所述相變溶膠滅火系統各部件進行連接，壓力系統采用井下壓風。材料存儲罐2內分別加入乙烯二醇單體、丙烯酸羥丙酯(或醋酸鋅)和亞磷酸三壬基苯酯，其質量比為80:2: 3，將噴頭6鋪設在進風巷順槽，隨工作面推進完全埋入采空區，之后分別依次噴射出丙烯酸羥丙酯、乙烯二醇單體和亞磷酸三壬基苯酯，溶膠膠體粒子隨采空區漏風流經采空區。在丙烯酸羥丙酯的引發下，在遺煤表面相互反應形成共聚物膠體，抑制煤氧化自燃。
[0020]實施例5
煤礦綜采工作面進風巷，將本發明所述相變溶膠滅火系統各部件進行連接，壓力系統采用井下壓風。材料存儲罐2內分別加入二甲基二烯丙基氯化銨、醋酸鎂、植酸和苯乙烯化苯酚，其質量比為50:3:0.7:0.3，將噴頭6鋪設在進風巷順槽，隨工作面推進完全埋入采空區，之后分別依次噴射出醋酸鎂、二甲基二烯丙基氯化銨、植酸和苯乙烯化苯酚，溶膠膠體粒子隨采空區漏風流經采空區。在醋酸鎂的引發下，在遺煤表面相互反應形成均聚物膠體，抑制煤氧化自燃。
[0021]實施例6
煤礦綜采工作面進風巷，將本發明所述相變溶膠滅火系統各部件進行連接，壓力系統采用井下壓風。材料存儲罐2內分別加入三甲基烯丙基氯化銨、乙酰丙酮鈦和植酸，其質量比為65:4:2，將噴頭6鋪設在進風巷順槽，隨工作面推進完全埋入采空區，之后分別依次噴射出乙酰丙酮鈦、三甲基烯丙基氯化銨和植酸，溶膠膠體粒子隨采空區漏風流經采空區。在乙酰丙酮鈦的引發下，在遺煤表面相互反應形成均聚物膠體，抑制煤氧化自燃。
【主權項】
1.一種利用相變溶膠防止煤礦采空區自燃火災的方法，其特征在于，在煤礦井下向采空區注入多種氣態溶膠，溶膠膠體粒子在遺煤表面沉積，相互反應縮聚形成網狀結構，最終發生相變，形成具有良好熱穩定性的液態膠體或固態薄膜； 溶膠膠體粒子包括引發劑和至少一種交聯單體，且引發劑能夠促進交聯單體形成均聚物或/和共聚物。2.根據權利要求1所述的一種利用相變溶膠防止煤礦采空區自燃火災的方法，其特征在于，所述溶膠膠體粒子包括至少一種抑制遺煤氧化的抗氧化劑。3.根據權利要求2所述的一種利用相變溶膠防止煤礦采空區自燃火災的方法，其特征在于，所述氣態溶膠是采用霧化法或機械化學法形成的。4.根據權利要求3所述的一種利用相變溶膠防止煤礦采空區自燃火災的方法，其特征在于，所述引發劑為有機硅類化合物、丙烯酸酯類化合物或金屬有機化合物。5.根據權利要求4所述的一種利用相變溶膠防止煤礦采空區自燃火災的方法，其特征在于，所述有機硅類化合物選自縮醛有機硅、硅烯醚、硅烷偶聯劑；所述丙烯酸酯類化合物選自丙烯酸羥乙酯、丙烯酸羥丙酯；所述金屬有機化合物選自異丙醇鋁、醋酸鋅、醋酸鎂、乙酰丙酮鈦。6.根據權利要求5所述的一種利用相變溶膠防止煤礦采空區自燃火災的方法，其特征在于，所述交聯單體為丙烯酸單體、甲基丙烯酸單體、順丁基二酸單體、丙烯酸鈉單體、丙烯醇單體、甲基丙烯醇單體、乙烯二醇單體、二甲基二烯丙基氯化銨或三甲基烯丙基氯化銨。7.根據權利要求6所述的一種利用相變溶膠防止煤礦采空區自燃火災的方法，其特征在于，所述抗氧化劑為植酸、乙氧基喹啉、苯乙烯化苯酚或亞磷酸三壬基苯酯。8.根據權利要求7所述的一種利用相變溶膠防止煤礦采空區自燃火災的方法，其特征在于，所述交聯單體、引發劑以及抗氧化劑的質量比為50?80:1?5:1?3。9.權利要求8所述的一種利用相變溶膠防止煤礦采空區自燃火災的方法所采用的相變溶膠滅火系統，其特征在于，包括連接于壓力系統(I)上的若干氣態溶膠支管，氣態溶膠支管的數量與溶膠膠體粒子種類的數量相等，每個氣態溶膠支管上從頭至尾依次串聯有材料存儲罐(2 )、入口閥門(3 )、超聲波霧化發生裝置(4 )、出口閥門(5 )以及噴頭(6 )。
【專利摘要】本發明涉及礦業安全領域中的煤礦采空區防治，具體是一種利用相變溶膠防止煤礦采空區自燃火災的方法，在煤礦井下向采空區注入多種氣態溶膠，溶膠膠體粒子在遺煤表面沉積，相互反應縮聚形成網狀結構，最終發生相變，形成具有良好熱穩定性的液態膠體或固態薄膜；溶膠膠體粒子包括引發劑和至少一種交聯單體，且引發劑能夠促進交聯單體形成均聚物或/和共聚物。本發明所述利用相變溶膠防止煤礦采空區自燃火災的方法，能夠隔絕空氣，抑制遺煤氧化，防治自燃火災；本發明針對上述方法所采用的相變溶膠滅火系統，可以工業化、標準化、通用化的制造，能夠廣泛應用于煤礦井下采空區自燃火災的防治領域。
【IPC分類】E21F5/00
【公開號】CN105240042
【申請號】CN201510607987
【發明人】唐一博, 薛生
【申請人】太原理工大學
【公開日】2016年1月13日
【申請日】2015年9月23日