本发明涉及一种物化协同煤炭阻化剂及其制备方法，属于矿井技术领域。
背景技术
矿井火灾是煤氧化自燃性的重要的体现，在所有煤矿事故中发生最隐蔽，而且最不好控制，同时产生的有毒有害气体对环境造成了严重污染，对于煤矿安全生产也有极大的威胁，甚至会引起瓦斯或煤尘爆炸等次生灾害。据相关统计，每年因自然火灾造成的煤炭损失巨大，因燃烧造成了煤层上覆岩层的变质，次生了地表沉陷、地下水破坏和土壤侵蚀等各种问题。对生态环境产生了更加严重的破坏，从而引发次生灾害。同时在高瓦斯矿区，煤自燃容易引发瓦斯爆炸，直接威胁井下工作人员人身安全和矿井安全生产。所以，煤自燃灾害对矿区经济发展和社会和谐进步是一个很大的潜在威胁。
在煤自燃造成如此严峻形势之下，研究煤矿自然发火的防灭火技术就显得特别重要。根据煤-氧复合作用学说，煤自燃的发生和发展最关键因素在于煤发生氧化反应并自发产生热量的能力。不同煤种由于变质程度、矿物质含量、煤岩组分等差异，导致煤-氧复合作用和过程非常复杂多变，大量实践发现，不同煤种对阻化剂的作用效果具有选择性。因此，预防和控制煤自燃的阻化技术研究必须基于煤氧化自燃特性研究的基础之上。如今利用阻化剂防治煤炭自燃技术在国内外煤矿中得到了广泛的应用，并取得了较好的效果，大量的化学物质都可被作为防止煤炭自燃的阻化剂，如氯化镁、氯化钙、碳酸氢铵、凝胶、脲素、氢氧化钙、过硫酸钠、磷酸二氢铵等已应用于矿井火灾的预防。但新型高效复合型阻化剂研究并不多见，有些煤田火区往往随意选用不合适的阻化剂，导致阻化效率低、成本高、阻化不彻底、放出气体危害井下人员健康、腐蚀设备等问题。再加上煤的成分的多样性，变质程度煤样组成的成分也有一定的差异，使得研究出合适不同煤矿的高效的阻化剂的工作量变得巨大，所以，要对新型高效复合型阻化剂的进行研究。
技术实现要素：
本发明所要解决的技术问题：针对有些煤田火区往往随意选用不合适的阻化剂，导致阻化效率低、成本高、阻化不彻底、放出气体危害井下人员健康、腐蚀设备的问题，提供了一种物化协同煤炭阻化剂及其制备方法。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：
一种物化协同煤炭阻化剂，所述煤炭阻化剂包括下述重量份原料：
20～30份阻氧粉末，1.2～1.8份石墨粉，1.6～2.4份铜粉，4.5～6.0份氯化钙，500～800份去离子水，50～80份聚丙烯酸钠盐，3～5份吐温-80。
所述阻氧粉末为稀土类水滑石、抗氧剂1010、抗氧剂168混合而成。
所述稀土类水滑石、抗氧剂1010、抗氧剂168的重量份为20～30份稀土类水滑石，2～3份抗氧剂1010，1～2份抗氧剂168。
所述稀土类水滑石为氯化锌、氯化镁、氯化铝、氯化镧溶解在去离子水中，并用质量分数为10%碳酸钠溶液调节ph为10～11，经水热反应后冷却、过滤、水洗、干燥制得。
所述原料重量份为13.6～20.4份氯化锌，19.0～28.6份氯化镁，13.3～20.0份氯化铝，1.0～2.5份氯化镧.
所述水热反应温度为70～80℃。
所述的一种物化协同煤炭阻化剂的制备方法，具体步骤为：
（1）氯化锌、氯化镁、氯化铝、氯化镧溶解在去离子水中，并用质量分数为10%碳酸钠溶液调节ph为10～11，经水热反应后冷却、过滤、水洗、干燥，得稀土类水滑石；
（2）取稀土类水滑石加入去离子水中，以300w超声波超声分散20～30min，再加入抗氧剂1010、抗氧剂168，搅拌均匀后减压蒸发至干，再研磨过60目筛，得阻氧粉末；
（3）取阻氧粉末、石墨粉、铜粉、氯化钙混合均匀后加入去离子水中搅拌混合，再加入聚丙烯酸钠盐、吐温-80，以1000～1200r/min搅拌1～2h后出料，得物化协同煤炭阻化剂。
本发明与其他方法相比，有益技术效果是：
（1）本发明利用聚丙烯酸钠盐作为高吸水性树脂的吸水溶胀作用得到含水树脂胶体与稀土类水滑石共同作用作为物理阻化剂，由于高含水、强保水性能和胶体黏度促使其具有吸热，降温作用，以及隔氧和阻止热传递的效果，有利于抑制煤氧反应，同时稀土类水滑石是一类以稀土元素作为类水滑石层板组成元素的类水滑石，由于稀土元素与氧的亲和力大于镁与氧的亲和力，在氧化升温过程中，它将与氧以及氧化镁发生反应，生成稀土氧化物并还原出镁，另外有少量的铝也将参于氧反应生成氧化铝，从而增强阻隔层的致密度，大大提高了类水滑石对聚合物的阻燃性，且还原出的镁与石墨粉和铜粉共同构成短接的腐蚀微电池，提高吸氧速率，协同抗氧剂捕捉活性自由基阻断链式氧化反应；
（2）本发明物化协同煤炭阻化剂能深入煤炭孔隙中，消耗周围环境中氧气，再利用其吸水性降低煤体温度，并减少煤与氧气的接触，降低煤炭自燃的可能性，煤体中的不同活性结构和基团被氧化发生不可逆的反应从而失去氧化性，使煤的自燃倾向性降低，从而彻底防止煤的自燃，操作简单，取材方便经济，适合于矿井下作业。
具体实施方式
取13.6～20.4g氯化锌，19.0～28.6g氯化镁，13.3～20.0g氯化铝，加入2～3l去离子水中，以300～400r/min搅拌30～40min，再加入1.0～2.5g氯化镧，并用质量分数为10%碳酸钠溶液调节ph为10～11，以500～600r/min搅拌1～2h后装入水热反应釜中，在70～80℃下保温反应15～20h，冷却至室温后过滤得滤渣，用去离子水洗涤滤渣至洗涤液呈中性，再将滤渣置于干燥箱中，在70～80℃下干燥至恒重，得稀土类水滑石，取20～30g稀土类水滑石，加入300～400ml去离子水中，以300w超声波超声分散20～30min，再加入2～3g抗氧剂1010，1～2g抗氧剂168，以300～400r/min搅拌20～30min后减压蒸发至干，再转入研钵中研磨，过60目筛，得阻氧粉末，取20～30g阻氧粉末，1.2～1.8g石墨粉，1.6～2.4g铜粉，4.5～6.0g氯化钙混合均匀后加入500～800ml去离子水中，以300～400r/min搅拌1～2h，再加入50～80g聚丙烯酸钠盐，3～5g吐温-80，以1000～1200r/min搅拌1～2h后出料，得物化协同煤炭阻化剂。
实例1
取13.6g氯化锌，19.0g氯化镁，13.3g氯化铝，加入2l去离子水中，以300r/min搅拌30min，再加入1.0g氯化镧，并用质量分数为10%碳酸钠溶液调节ph为10，以500r/min搅拌1h后装入水热反应釜中，在70℃下保温反应15h，冷却至室温后过滤得滤渣，用去离子水洗涤滤渣至洗涤液呈中性，再将滤渣置于干燥箱中，在70℃下干燥至恒重，得稀土类水滑石，取20g稀土类水滑石，加入300ml去离子水中，以300w超声波超声分散20min，再加入2g抗氧剂1010，1g抗氧剂168，以300r/min搅拌20min后减压蒸发至干，再转入研钵中研磨，过60目筛，得阻氧粉末，取20g阻氧粉末，1.2g石墨粉，1.6g铜粉，4.5g氯化钙混合均匀后加入500ml去离子水中，以300r/min搅拌1h，再加入50g聚丙烯酸钠盐，3g吐温-80，以1000r/min搅拌1h后出料，得物化协同煤炭阻化剂。
实例2
取20.4g氯化锌，28.6g氯化镁，20.0g氯化铝，加入3l去离子水中，以400r/min搅拌35min，再加入1.5g氯化镧，并用质量分数为10%碳酸钠溶液调节ph为10，以500r/min搅拌1h后装入水热反应釜中，在75℃下保温反应18h，冷却至室温后过滤得滤渣，用去离子水洗涤滤渣至洗涤液呈中性，再将滤渣置于干燥箱中，在75℃下干燥至恒重，得稀土类水滑石，取25g稀土类水滑石，加入300ml去离子水中，以300w超声波超声分散25min，再加入2g抗氧剂1010，1g抗氧剂168，以300r/min搅拌25min后减压蒸发至干，再转入研钵中研磨，过60目筛，得阻氧粉末，取25g阻氧粉末，1.6g石墨粉，1.8g铜粉，5g氯化钙混合均匀后加入600ml去离子水中，以300r/min搅拌1h，再加入60g聚丙烯酸钠盐，4g吐温-80，以1000r/min搅拌1h后出料，得物化协同煤炭阻化剂。
实例3
取20.4g氯化锌，28.6g氯化镁，20.0g氯化铝，加入3l去离子水中，以400r/min搅拌40min，再加入2.5g氯化镧，并用质量分数为10%碳酸钠溶液调节ph为11，以600r/min搅拌2h后装入水热反应釜中，在80℃下保温反应20h，冷却至室温后过滤得滤渣，用去离子水洗涤滤渣至洗涤液呈中性，再将滤渣置于干燥箱中，在80℃下干燥至恒重，得稀土类水滑石，取30g稀土类水滑石，加入400ml去离子水中，以300w超声波超声分散30min，再加入3g抗氧剂1010，2g抗氧剂168，以400r/min搅拌30min后减压蒸发至干，再转入研钵中研磨，过60目筛，得阻氧粉末，取30g阻氧粉末，1.8g石墨粉，2.4g铜粉，6.0g氯化钙混合均匀后加入800ml去离子水中，以400r/min搅拌2h，再加入80g聚丙烯酸钠盐，5g吐温-80，以1200r/min搅拌2h后出料，得物化协同煤炭阻化剂。
将实例及对照例的物化协同煤炭阻化剂在矿井中进行施用，具体检测结果如表1。
表1性能表征对比表
由表1可知，本发明制备的物化协同煤炭阻化剂有效改善了阻化效率，降低煤炭自燃的可能性，使煤的自燃倾向性降低，从而彻底防止煤的自燃。