专利名称：矿用黄土复合凝胶防灭火材料及其制备方法
技术领域：
本发明涉及一种煤炭矿井用防灭火材料，尤其涉及一种矿用黄土复合凝胶防灭火材料及其制备方法。
背景技术：
目前，煤矿安全形势尚未得到有效遏制，重特大灾害事故时有发生。煤矿火灾主要是煤自然发火，由于空气渗漏进入松散煤体，煤分子表面活性结构与空气中氧接触，发生物理吸附、化学吸附及化学反应，同时放出热量，在一定蓄热环境下，煤体不断氧化、放热、升温，当煤体温度超过其临界温度，继续升温，达到着火点，最终导致煤体燃烧造成煤矿火灾。煤体自燃是煤氧复合放出热量的结果，煤氧复合产生热量，受漏风散热和热压力驱动，各种因素耦合影响后煤体温度发生变化，煤氧复合所产生的热量扩散和积聚又可以被认为是一个热量传递的过程。煤层火灾不同于其它类型的火灾，有其自身固有的特点，例如:火源点隐蔽，通常相对位置较高，呈立体分布；松散煤体蓄热性好，热量不易散失；能低温贫氧氧化，且温度越高反应速度越快，放热量越多；由温差产生气体热流循环，自燃对流自供氧等。根据以上煤层自燃的特点，煤层自燃防灭火技术应具有下列特点:降低煤体内部温度；提高反应活化能；减少或隔绝流经松散煤体的氧含量；耐温性好，不易产生高温气流加热周围松散煤体等特性。目前的注水、灌浆、注阻化剂、注惰气等仅具有其中的一种或两种特性，故扑灭煤层火灾时具有一定的局限性。为防治煤炭自燃，国内外 广泛采用灌浆、注凝胶、注惰气等技术。其中胶体防灭火技术具有比较全面的综合特性，胶体成胶前，各组分的水溶液具有良好的流动性，便于管网大流量、远距离的输送，各组分混合成胶前，呈液态压注进入松散高温煤体内部，在一定时间内发生胶凝作用而失去流动性，胶体可以停留在松散煤体内高处，包裹煤体，吸热降温，堵塞漏风通道，降低煤表面分子的活性，提高反应活化能，阻碍气体自然对流，隔绝煤、氧接触，胶体还具有较好的耐高温性，不会产生大量高温蒸汽，可减少水煤气爆炸的危险，降低火势发展速度。利用胶体材料防治煤层自然火灾时，能够同时破坏煤自燃发生所必备的三个条件，具有较高的灭火效率，扑灭火灾的成功率较高。现有技术中的凝胶防灭火技术存在的主要问题是成本较高。
发明内容
本发明的目的是提供一种成本低、黏度大、稳定性好的矿用黄土复合凝胶防灭火材料及其制备方法。本发明的目的是通过以下技术方案实现的:本发明的矿用黄土复合凝胶防灭火材料，包括基料、促凝剂和骨料，所述基料为水玻璃，所述促凝剂采用聚丙烯酰胺，所述骨料为黄土。本发明的上述的矿用黄土复合凝胶防灭火材料的制备方法，首先将基料和促凝剂混合，将骨料和水混合，然后将两种浆液混合按照每分钟90转的速率搅拌2至3分钟即得产品。由上述本发明提供的技术方案可以看出，本发明实施例提供的矿用黄土复合凝胶防灭火材料及其制备方法，由于包括基料、促凝剂和骨料，基料为水玻璃，促凝剂采用聚丙烯酰胺，骨料为黄土，首先将基料和促凝剂混合，将骨料和水混合，然后将两种浆液混合、搅拌即得产品，成本低、黏度大、稳定性好。
具体实施例方式下面将对本发明实施例作进一步地详细描述。本发明的矿用黄土复合凝胶防灭火材料，其较佳的具体实施方式
是:包括基料、促凝剂和骨料，所述基料为水玻璃，所述促凝剂采用聚丙烯酰胺，所述骨料为黄土。所述基料、促凝剂和骨料所述占的质量份分别为:5 8质量份、I 5质量份、100 180质量份，其余100 120质量份为水。本发明的上述的矿用黄土复合凝胶防灭火材料的制备方法，其较佳的具体实施方式
是:首先将基料和促凝剂混合，将骨料和水混合，然后将两种浆液混合按照每分钟90转的速率搅拌2至3分钟即得产品，此时浆液黏度明显增大，并且继续搅拌不会有明显变化。本发明矿用黄土复合凝胶防灭火材料，由基料水玻璃、促凝剂聚丙烯酰胺、骨料黄土按一定比例混合，通过化学反应形成复合胶体。在煤矿开采过程中向采煤工作面后的遗煤和其它易于发火的工作面喷洒或注入该复合胶体，可起到堵漏、隔氧、降温与阻化作用，且在较大外力作用下，不会开裂具有一定强度，具有广泛的应用前景。因该复合胶体所采用组分均具有阻化性，可有效惰化煤体表面的活性结构，降低煤的氧化性和放热性，从而使煤失去低温氧化性，达到彻底防止煤炭自燃的目的。产品无毒无害无味，不污染矿井，对人体无毒副作用，取材方便经济，适宜于井下潮湿环境使用，具有明显的市场应用前景。本发明能达到有效防治煤层矿井自燃的目的，以矿用黄土材料为主要原料的复合胶体防灭火材料，不仅具有传统胶体材料稳定性好，粘度大，强度高，无污染的特点，且其堵漏、隔氧、降温与阻化效果同样优良。本发明中，基料采用水玻璃即硅酸钠，其性能稳定、无污染。硅酸成胶所需促凝剂有无氨促凝剂和氨类促凝剂两大类。目前采用的无氨促凝剂主要是铝酸盐，但其成本较高；而氨类促凝剂在较高温度下都有分解倾向，释放出有害气体氨气。本发明采用在使用过程中不会产生氨气的聚丙烯酰胺作为高分子促凝剂，利于环境保护和工人身体健康，且用量小，从而成本低廉，并通过正交实验法实现了成胶时间可控。其好处在于利用不同原料配比会产生不同性质的胶体，具有不同的强度、黏度、流动性、吸湿性，可满足不同温度、矿压、润湿性煤层的要求。且在形成胶体过程中，不同时间段胶体混合物的性质不同，其胶体混合物在未凝固前具有良好的触变性能，因此能够通过管道顺利压入煤层，在到达煤层高处后将在可控时间内凝固，同时吸收大量热量，具有一定的强度及粘性，从而具有良好的防灭火性能及稳定性，能够承受一定的矿压，通过控制成胶时间及不同时间段的胶体性质，可以顺利将混合胶体材料压入煤层且抑制煤层自燃。且该凝胶脱水率低，寿命更长久；另外，由于黄土用量大，能与基料和促凝剂通过多种化学键和分子间力紧密结合，使胶体强度增加，脱水缓慢，能够浸润煤体内部的空隙，更有利于惰化煤体内部的活性基团，从而达到防灭火的效
果O使用本发明防灭火材料用于矿井下的制备方法是:将基料和促凝剂混合，骨料和水混合，然后分别使用凝胶泵和泥浆泵将两种浆液混合浇注到煤层工作面易于发火的部位。本发明与现有技术中的复合胶体灭火材料相比具有以下优点:(I)本发明所采用的促凝剂为聚丙烯酰胺，克服了氨类促凝剂释放氨气的缺陷，无毒、无害、无味，不污染井下作业环境；同时由于其为高分子促凝剂，用量小，因此价格低廉，适于井下大面积推广使用；(2)本发明选取黄土作为骨料，其用量大，能与胶体间通过多种化学键和分子间力充分结合，使胶体强度增加，脱水缓慢，能够浸润煤体内部的空隙，更有利于惰化煤体内部的活性基团，从而达到防灭火的目的；在实际应用中可根据现场实际情况、使用地点(如采空区、密闭墙、巷道顶板、采煤工作面等)及相应成胶时间等因素，具体配制不同成胶时间、不同粘度、不同胶体强度的防灭火材料。具体实施例:为了处理局部火区、高温区及隐患点，采用黄土复合胶体和井下移动式凝胶泵。上述注胶地点空间有限，胶体用量较少，为防止流失渗漏，配制成胶时间较短的浆液。首先将复合胶体所用原料及设备运送到井下；然后，将基料、促凝剂、及骨料分别配制成浆液；最后，通过凝胶泵将浆液共混，浇注到井下所需防灭火地点。实施例1:黄土土复合胶体材料成份:基料为水玻璃，促凝剂采用聚丙烯酰胺，骨料为黄土。基料百分含量为:5质量份，促凝剂:1.2质量份，骨料:140质量份，成胶时间:2min35s。实施例2:黄土复合胶体材料成份:基料为水玻璃，促凝剂采用聚丙烯酰胺，骨料为黄土。基料百分含量为:4质量份，促凝剂:1质量份，骨料:140质量份,成胶时间:2min30s。实施例3:黄土复合胶体材料成份:基料为水玻璃，促凝剂采用聚丙烯酰胺，骨料为黄土。基料百分含量为:4质量份，促凝剂:1质量份，骨料:120质量份,成胶时间:2minl0s。实施例4:黄土复合胶体材料成份:基料为水玻璃，促凝剂采用聚丙烯酰胺，骨料为黄土。基料百分含量为:4质量份，促凝剂:1质量份，骨料:160质量份,成胶时间:2min25s。实 施例5:
黄土复合胶体材料成份:基料为水玻璃，促凝剂采用聚丙烯酰胺，骨料为黄土。基料百分含量为:6质量份，促凝剂:1.4质量份,骨料:180质量份,成胶时间:2min45s。上述实施例中，黄土复合胶体均具有良好的防灭火性能，灭火效果十分理想。以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式
，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。·
权利要求
1.一种矿用黄土复合凝胶防灭火材料，其特征在于，包括基料、促凝剂和骨料，所述基料为水玻璃，所述促凝剂采用聚丙烯酰胺，所述骨料为黄土。
2.根据权利要求1所述的矿用黄土复合凝胶防灭火材料，其特征在于，所述基料、促凝剂和骨料所述占的质量份分别为:5 8质量份、I 5质量份质量份、100 180质量份质量份，其余100 120质量份为水。
3.—种权利要求1所述的矿用黄土复合凝胶防灭火材料的制备方法，其特征在于，首先将基料和促凝剂混合，将骨料和水混合，然后将两种浆液混合按照每分钟90转的速率搅拌2至3分钟即 得产品。
全文摘要
本发明公开了一种矿用黄土复合凝胶防灭火材料及其制备方法，包括基料、促凝剂和骨料，基料为水玻璃，促凝剂采用聚丙烯酰胺，骨料为黄土，首先将基料和促凝剂混合，将骨料和水混合，然后将两种浆液混合、搅拌即得产品。成本低、黏度大、稳定性好。
文档编号C04B111/28GK103232217SQ201310162808
公开日2013年8月7日 申请日期2013年5月6日 优先权日2013年5月6日
发明者朱红青, 常明然, 沈静 申请人:中国矿业大学(北京)