CN101767975B - 用于煤层火灾治理的复合凝胶防灭火材料 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了了一种防治煤炭矿井火灾的复合凝胶防灭火材料，是由水玻璃基料、促凝剂、复合骨料和增稠剂材料组成。所添加的增稠剂可以增加胶体的稠度，并提高混合浆体的悬浮性。该复合凝胶制备工艺简单，易于现场实施应用；形成的凝胶具有一定强度，能起到堵漏作用；原材料来源丰富，价格低廉；产品无毒无害无味，不污染井下矿井，对人体无毒副作用，具有明显的市场应用前景。
Description
技术领域
本发明属于煤炭矿井下防灭火材料，具体涉及一种煤炭矿井中防治煤炭矿井火灾的复合凝胶材料。
背景技术
我国煤矿自燃条件复杂，自燃发火的矿井范围广、数量多，严重威胁着矿井和矿工的人身安全，给国家造成巨大的损失。煤层发生自燃时，在高温下分解及氧化释放出大量有毒有害气体；同时高温促使煤层中所含瓦斯释放，有可能引起瓦斯爆炸，因此煤层自燃有极大的危害性，必须快速、彻底的扑灭火灾。
封堵漏技术用于防火效果比较明显，而用于灭火时由于不能直接使煤温降低，所以通常需要和其它灭火技术配合使用。采用惰气泡沫防灭火技术能起到降温、减少漏风、降低采空区氧浓度等作用，但惰泡在碎煤中压注，发泡性能差、气泡倍数低、成本高。阻化剂防灭火技术也具有一定的防火效果，但当温度升高使阻化剂吸收的水分蒸发，其阻化作用会消失，失去水分的阻化剂对煤氧复合反而有促进作用，促使煤氧复合速度加快，使煤更易自燃。另外，井下自燃火灾通常处于工作面或巷道顶部比较高的部位，应用水或泥浆灭火时，不能滞留在发火部位，流过发火部位后仅使煤表面温度降低，煤体内部温度仍然很高，如黄泥灌浆材料的制备工艺简单、取材方便、成本低廉，但泥浆脱水后对裂隙不能够充分充填，堵漏风效果差，黄土用量大；另外水对煤的自燃有一定的促进作用，高温时水会参与燃烧反应，产生大量水煤气，造成水煤气爆炸。
发明内容
本发明的目的在于克服现有灌浆、注水的水流失问题，提出一种既可使浆液增稠、提高骨料悬浮性，并能控制凝胶时间的复合凝胶材料，且凝胶具有一定强度；所制备的凝胶材料集堵漏、降温、阻化、固结水等性能于一体，以适用于各种类型的矿井自燃火灾。
可通过以下具体技术方案实施。
本发明提出的复合凝胶防灭火材料，其主要成份为：水玻璃基料、碳酸氢钠促凝剂、增稠剂、复合物骨料及水，将上述各组分按如下比例混合、搅拌均匀，每吨复合凝胶中各组分的用量如下：
水玻璃基料 60-80kg
碳酸氢钠促凝剂 20-30kg
增稠剂 1-10kg
复合物骨料 125-250kg
其余为自来水
本发明中，所用增稠剂是聚丙烯酸钠、聚丙烯酰胺、甲基纤维素，选用其中一种或多种组合。
本发明中，所用的复合物骨料是黄土和高吸水矿物粘土的混合物，黄土和高吸水矿物粘土的重量比为2.5-10∶1，选用的高吸水矿物粘土为膨润土、凹凸棒、硅藻土其中一种或多种组合；骨料的平均粒度小于1mm。
本发明提供的复合凝胶的制备方法如下：将黄土进行烘干、研磨、筛分处理，然后与高吸水矿物粘土、增稠剂、碳酸氢钠促凝剂按上述比例在混料机中混合均匀，得到固体混合物；然后将水玻璃基料、水按照上述比例与固体混合物充分搅拌，制成浆液即可。
使用时用输送泵将制好的浆液注入到需要阻燃或燃烧的煤层上，起到预防和扑灭井下煤层火灾的作用。所制混合浆液的防灭火性能与浆液浓度有关，浓度越高，浆液的吸热比越大、灭火效果愈好。
针对巷道顶煤灭火范围相对较小，综合考虑各种因素，本发明可采用移动式注胶工艺，该工艺使用方便灵活、可实现对局部高温区快速有效处理，利用移动式压注系统，将各种凝胶材料按比例混合均匀，通过注胶管路和钻孔将凝胶注入火区。
本发明的积极效果有：
1、本发明制备的混合浆体凝胶具有优越的固水性能，浆体中90％以上是水，基料的凝胶作用将水固结起来，既起到了在煤体中的堆积作用，又可以发挥水阻止煤氧化以及吸热降温的物理性能。
2、本发明采用的是复合骨料，大大降低了黄土用量的同时，对凝胶强度的提高具有明显作用，在较大外力作用下不会发生开裂；另外，凝胶体积收缩小、具有密封性能，从而起到堵漏风的作用。
3、凝胶成胶前黏度大于水，但又具有良好的流动性，渗透性能好，可以渗透到煤和岩体的缝隙中，成胶以后不具有流动性，起到阻燃阻化作用。
4、本发明加入高分子作为增稠剂，并且大大提高了浆体的附壁性，减少了浆体的流失浪费。
5、本发明制备工艺简单，操作方便易行，成本低廉，材料来源广泛；通过凝胶时间的调节可用于各种类型的矿井防灭火治理。
具体实施方式
下面将结合具体的实施例进一步说明本发明，以各原料在每吨复合凝胶体中的重量计：
实施例1-6
复合凝胶防灭火材料，主要成份见表1，将黄土进行烘干、研磨、筛分处理，然后与高吸水矿物粘土、增稠剂、碳酸氢钠促凝剂按表1比例在混料机中混合均匀，得到固体混合物；然后将水玻璃基料、水按照表1比例与固体混合物充分搅拌，制成浆液即可。
表1原料和配量(单位：千克)
| 实施例1 | 实施例2 | 实施例3 | 实施例4 | 实施例5 | 实施例6 | |
| 水玻璃 | 60 | 74 | 80 | 70 | 65 | 60 |
| 碳酸氢钠 | 20 | 21.5 | 30 | 27 | 21 | 25 |
| 聚丙烯酸钠 | 10 | 0.5 | 5 | 2 | ||
| 聚丙烯酰胺 | 5 | 3 | 5 | |||
| 甲基纤维素 | 0.5 | 3 | 1 | |||
| 黄土 | 100 | 175 | 125 | 150 | 200 | 150 |
| 膨润土 | 25 | 50 | 20 | 10 | ||
| 凹凸棒 | 50 | 20 | ||||
| 硅藻土 | 17 | 20 | 10 | 35 | ||
| 自来水 | 785 | 653.5 | 685 | 707 | 658 | 688 |
| CO阻化率(％) | 93 | 95 | 95 | 94 | 91 | 93 |
阻化率采用如下测定方法，即：
(裸煤CO发生率-样品CO发生率)/裸煤CO发生率＝阻化率(％)
其中CO发生率是按传统标准试验方法测得的。
应用效果说明：
根据上述实施例的复合凝胶防灭火材料，取开口铁桶一个，填满碎煤和50公斤0号柴油，置于搅拌池50米外，利用浓浆泵将混合好的复合凝胶通过内径10公分的橡胶管输送至燃烧的铁桶中，3分钟后燃煤完全熄灭。
对于实施例2、3，本发明采取管网式大流量注胶工艺，利用煤矿现有地面灌浆防灭火系统，实现大流量运输凝胶灭火材料，最终实现矿井大面积防灭火的实施。胶体压注设备采用ZM-5/18N胶体泥浆压注机，该设备既可单独使用，也可与地面灌浆系统配合使用实现快速消灭大面积矿井火灾。
上述例中制备的复合凝胶均具有良好的性能，灭火效果十分理想。
Claims (1)
1.一种用于煤层火灾治理的复合凝胶防灭火材料，其特征在于，所述复合凝胶防灭火材料主要成份为：水玻璃基料、碳酸氢钠促凝剂、增稠剂、复合物骨料及水，将上述各组分按如下比例混合、搅拌均匀，每吨复合凝胶中各组分的用量如下：
其余为自来水；
所述增稠剂是聚丙烯酸钠、聚丙烯酰胺、甲基纤维素中一种或多种组合；
所述复合物骨料是黄土和高吸水矿物粘土的混合物，黄土和高吸水矿物粘土的重量比为2.5-10∶1；
所述高吸水矿物粘土为膨润土、凹凸棒、硅藻土一种或多种组合。
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| CN1544556A (zh) * | 2003-11-28 | 2004-11-10 | 厦门大学 | 隧道防火涂料及其制造工艺 |
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