一种用于防治采空区煤自燃的温敏性堵漏复合材料及其制备方法

本发明涉及煤矿防灭火，具体涉及一种用于防治采空区煤自燃的温敏性堵漏复合材料及其制备方法。

背景技术：

1、煤自燃是威胁煤矿安全生产的主要灾害之一，煤自燃引发的矿井火灾造成了大量的经济损失。采空区内遗留残煤较多且漏风严重，遗煤在充足的氧气供应下极易发生自燃，进而引发火灾。因此采空区一直是煤矿井下防灭火的重点区域。为了针对性的防治采空区煤自燃，需要对采空区内部的漏风通道和裂隙进行封堵，从而切断氧气供应，达到抑制采空区煤自燃的目的。

2、目前应用于煤矿采空区堵漏的材料包括粉煤灰浆、无机凝胶，高分子材料等，且各自仍存在一些不足之处。例如，公开号为cn113248228a的专利公开了一种煤矿井下采空区堵漏风防灭火的无机触变凝胶，能及时封堵采空区裂隙。但这种凝胶体积量小，使用时需要向采空区高处堆积以覆盖整个区域，用量极大，人工成本高。同时，材料耐久性不强，失效后会重新形成漏风通道引起复燃。

3、温敏性材料是一种具有温度敏感性的材料，它的物理性质、结构性能会随着温度发生变化；在温和的刺激条件下会发生响应，而且操作简单易行，对其赋予功能化实现不同领域的多样化应用。在煤矿火灾防治领域，尚未发现温敏性材料在煤矿采空区堵漏方面的应用。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种用于防治采空区煤自燃的温敏性堵漏复合材料及其制备方法，该复合材料成本低廉，原材料绿色环保；同时具有温敏性，能够在环境温度到达设定温度后体积迅速膨胀，有效包裹覆盖煤体并填充采空区漏风通道，从而隔绝氧气，防治采空区煤自燃发生。

2、为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

3、一种用于防治采空区煤自燃的温敏性堵漏复合材料的制备方法，包括如下步骤：

4、s1、将泡沫基料粉末加入到有机溶液中，在80-120℃条件下加热搅拌30-35min，得到10-30wt％的泡沫基料液；

5、s2、将绿色阻燃剂和交联剂按照一定比例加入到步骤s1制备得到的泡沫基料液中，在50-60℃条件下加热搅拌50-60min，得到泡沫前驱体；所述绿色阻燃剂、交联剂和泡沫基料液之间的质量比为1：(2-3)：(5-10)；

6、s3、将乳化剂和步骤s2制备得到的泡沫前驱体按照一定比例加入到去离子水中，在35-50℃条件下加热搅拌20-30min得到乳化液；所述乳化剂、泡沫前驱体和去离子水之间的质量比为1：(3-5)：(5-8)；

7、s4、将温敏发泡剂和稳定剂按照一定比例依次加入到步骤s3制备得到的乳化液中，在50-80℃条件下加热搅拌60-100min，过滤、干燥，并用去离子水和无水乙醇依次洗涤3-5遍，得到防治采空区煤自燃的温敏性堵漏复合材料；所述稳定剂、温敏发泡剂和乳化液的质量比为1：(2-5)：(10-20)。

8、优选的，步骤s1中，所述泡沫基料粉末为聚醚醚酮、聚苯硫醚、聚苯硫醚醚酮中的一种。

9、优选的，步骤s1中，有机溶剂为二甲基亚砜或n-甲基吡咯烷酮。

10、优选的，步骤s2中，所述绿色阻燃剂为氰尿酸三聚氰胺、三聚氰胺多磷酸盐、聚磷酸铵中的一种或多种。

11、优选的，步骤s2中，交联剂为马来酸酐或酚酸酐。

12、优选的，步骤s3中，所述乳化剂为tween-20、tween-40、tween-60、tween-80中的一种或几种。

13、优选的，步骤s4中，所述温敏发泡剂为偶氮二甲酰胺；稳定剂为氧化锌纳米颗粒或者二氧化硅纳米颗粒中的一种或两种。

14、优选的，所述搅拌均为磁力搅拌，搅拌速度为500-1000rmp。

15、优选的，步骤s1中为油浴加热，步骤s2-4中均为水浴加热。

16、本发明还提供上述制备方法所制备得到的用于防治采空区煤自燃的温敏性堵漏复合材料，该复合材料是一种温敏型泡沫材料，温敏性发泡剂与稳定剂被包裹在具有阻燃性的泡沫基料前驱体中，当到达设定温度后，该复合材料能够迅速膨胀，对高温点周围裂隙实行封堵，形成隔氧空间，防止煤炭自燃。

17、与现有技术相比，本发明具有以下优点：

18、(1)本发明所制备的堵漏材料具有温敏性，在环境温度到达设定温度后能够快速响应，体积迅速膨胀，即膨胀封堵高温点周围的裂隙，填充采空区漏风通道，阻断氧气供应，从而达到精准防灭火的效果；

19、(2)本发明所制备的温敏性复合材料受到温度刺激时能够自主膨胀，形成有效的堵漏屏障，不需要人工干预就能及时应对采空区可能存在的自燃风险，提高了防治的效率，在矿井火灾防治领域具有广阔的应用前景；

20、(3)本发明所采用的原材料具有广泛的来源，成本较低，绿色环保，具有良好的生物降解性；该反应条件温和，容易实现大规模生产。

技术特征：

1.一种用于防治采空区煤自燃的温敏性堵漏复合材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种用于防治采空区煤自燃的温敏性堵漏复合材料的制备方法，其特征在于，步骤s1中，所述泡沫基料粉末为聚醚醚酮、聚苯硫醚、聚苯硫醚醚酮中的一种。

3.根据权利要求1或2所述的一种用于防治采空区煤自燃的温敏性堵漏复合材料的制备方法，其特征在于，步骤s1中，有机溶剂为二甲基亚砜或n-甲基吡咯烷酮。

4.根据权利要求1或2所述的一种用于防治采空区煤自燃的温敏性堵漏复合材料的制备方法，其特征在于，步骤s2中，绿色阻燃剂为氰尿酸三聚氰胺、三聚氰胺多磷酸盐、聚磷酸铵中的一种或多种。

5.根据权利要求1或2所述的一种用于防治采空区煤自燃的温敏性堵漏复合材料的制备方法，其特征在于，步骤s2中，交联剂为马来酸酐或酚酸酐。

6.根据权利要求1或2所述的一种用于防治采空区煤自燃的温敏性堵漏复合材料的制备方法，其特征在于，步骤s3中，乳化剂为tween-20、tween-40、tween-60、tween-80中的一种或几种。

7.根据权利要求1或2所述的一种用于防治采空区煤自燃的温敏性堵漏复合材料的制备方法，其特征在于，步骤s4中，所述温敏发泡剂为偶氮二甲酰胺；稳定剂为氧化锌纳米颗粒或者二氧化硅纳米颗粒中的一种或两种。

8.根据权利要求1或2所述的一种用于防治采空区煤自燃的温敏性堵漏复合材料的制备方法，其特征在于，所述搅拌均为磁力搅拌，搅拌速度为500-1000rmp。

9.根据权利要求1或2所述的一种用于防治采空区煤自燃的温敏性堵漏复合材料的制备方法，其特征在于，步骤s1中为油浴加热，步骤s2-4中均为水浴加热。

10.根据权利要求1-9中任一项所述的制备方法所制备得到的用于防治采空区煤自燃的温敏性堵漏复合材料。

技术总结
本发明公开了一种用于防治采空区煤自燃的温敏性堵漏复合材料及其制备方法，该制备方法是先配制泡沫基料液，然后将绿色阻燃剂与泡沫基料液交联形成阻燃型泡沫前驱体，最后将温敏性发泡剂与稳定剂通过乳化法包裹在泡沫前驱体中即制得复合材料。本发明使用材料均为环保材料，具有良好的生物降解性，且成本低廉；制得的复合材料是一种温敏型泡沫材料，温敏性发泡剂与稳定剂被包裹在具有阻燃性的泡沫基料前驱体中。当到达设定温度后，温敏性发泡剂释放气体，泡沫基料结构开始膨胀，填充高温点周围的漏风通道，达到封堵裂隙和隔绝氧气的作用，抑制煤自燃的发生，在矿井火灾防治领域具有广阔的应用前景。

技术研发人员：戚绪尧,张亚博,李承越,钦雅琪,张兰君,魏宏阳
受保护的技术使用者：中国矿业大学
技术研发日：
技术公布日：2024/6/26