CN103742186B - 一种用于煤层火灾治理的凝胶泡沫 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于煤层火灾治理的凝胶泡沫，其中，按照重量百分比其包括：1.5%‑0.7%的发泡剂，1%‑0.4%的合成高吸水稳泡剂，余量为水。较之传统的水浆和凝胶，覆盖面更广，可快速向上部堆积，能将更多的水、固体不燃物带入防灭火区域，提高了泡沫强度，极大地提高了防灭火效，并且发泡剂选用烷基糖苷与烷基磺酸盐等表面活性剂复配，并且合成的高吸水树脂耐盐性也较好，相比于其他凝胶泡沫其吸水性能也明显提高，而且凝胶泡沫静置，析出50ml水的时间在4～5小时，泡沫半衰期的时间在18小时以上，提高了泡沫的稳定性与泡沫封堵的持久性，能够在高出堆积，对高、中部煤体也能起到防治作用。
Description
技术领域
本发明涉及井下煤矿防灭火技术应用领域，尤其涉及一种用于煤层火灾治理的凝胶泡沫。
背景技术
煤炭自燃是客观存在的一种自然现象，煤氧复合放出的热量是引起煤炭自燃的根本原因。其具体过程是：空气随煤体裂隙进入煤体内部，煤氧自发复合放出大量热量，该热量在一定的蓄热条件下被积聚起来，当积聚的热量能够满足煤自燃过程发展的需要时，煤体温度不断上升，最终导致煤炭自燃。
在我国，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。据统计，我国北方7省煤层露头火区面积达720km2，已累计烧毁煤量42亿吨，目前仍以每年烧毁5000～6000万吨煤的速度发展。而矿井煤层自燃火灾也十分严重，50％以上的国有重点煤矿存在自燃发火危险，特厚煤层开采尤为严重。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。为防治煤炭自燃，一般采用常规的注浆、注氮气、注阻化剂防灭火技术和材料进行防治。但现有的这些防灭火技术都存在一定程度的缺陷和不足。
用注凝胶技术，在煤矿自燃防治中起到了很大的作用：其成胶前具有良好的流动性，便于管网大流量、远距离输送；胶体可停留在松散煤体内高处，包裹煤体，吸热降温、堵塞漏风通道，且具有良好的耐高温特性。但也存在很大的局限性：凝胶在采空区中流动能力差，渗透范围很小，对扑灭大范围火灾不适用，使用成本也很高，铵盐凝胶对环境影响大。
国内一些学者成功把泡沫技术应用于煤矿防灭火，三相泡沫覆盖于煤体表面，稳定一段时间泡沫破灭后固相介质仍能均匀地覆盖在浮煤上，可持久地阻碍煤对氧的吸附，防治煤的氧化，从而有效的防治煤炭自燃发火，但是三相泡沫技术虽然产生量大，但泡沫的强度低，稳定性较差，无法保证封堵的持久性。
发明内容
鉴于上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种用于煤层火灾治理的凝胶泡沫，以提高泡沫强度与稳定性，提高泡沫封堵的持久性。
为解决上述技术问题，本发明内容包括：
一种用于煤层火灾治理的凝胶泡沫，其中，按照重量百分比其包括：
1.5％-0.7％的发泡剂，1％-0.4％的合成高吸水稳泡剂，余量为水。
所述的凝胶泡沫，其中，所述发泡剂包括烷基糖苷与烷基磺酸盐，所述烷基糖苷与所述烷基磺酸盐的质量比为2-3:5-7。
所述的凝胶泡沫，其中，所述合成高吸水稳泡剂包括单体、引发剂、交联剂与中和剂，单体、引发剂、交联剂与中和剂的质量比为25:1:1：13。
所述的凝胶泡沫，其中，所述单体为可溶性淀粉与丙烯酸的混合物，所述引发剂为过硫酸钾，所述交联剂为N，N-亚甲基双丙烯酰胺，所述中和剂为氢氧化钠，所述单体中可溶性淀粉与丙烯酸的质量比为10:3。
所述的凝胶泡沫，其中，将可溶性淀粉与丙烯酸充分混合后形成百分比浓度为50％的混合物溶液，用25％的氢氧化钠中和所述混合物溶液至中和度为60％-90％，然后再向其中加入N，N-亚甲基双丙烯酰胺形成分散混合物溶液，然后再向所述分散混合物溶液内加入硫酸钾充分混合后，将温度缓慢升温至60℃，充分反应得到固体聚合物，将所述固体聚合物放入温度为90℃的干燥箱内烘干，取出后粉碎得到所述合成高吸水稳泡剂。
本发明提供的一种用于煤层火灾治理的凝胶泡沫，布置凝胶泡沫后能在采空区中形成三维流动方式，较之传统的水浆和凝胶，覆盖面更广，可快速向上部堆积，能将更多的水、固体不燃物带入防灭火区域，提高了泡沫强度，极大地提高了防灭火效果，特别适合扑灭隐蔽火源的火灾，并且发泡剂选用烷基糖苷与烷基磺酸盐等表面活性剂复配，并且合成的高吸水树脂耐盐性也较好，相比于其他凝胶泡沫其吸水性能也明显提高，而且凝胶泡沫静置，析出50ml水的时间在4～5小时，泡沫半衰期的时间在18小时以上，保证了泡沫覆盖在煤体上的时间，提高了泡沫的稳定性与泡沫封堵的持久性，本发明中凝胶泡沫90％以上都是水，合成的高吸水树脂克服了因添加水溶性高分子材料遇到的水流失等问题，吸水倍率高，不会恶化井下工作环境，保证了煤质，并且本发明凝胶泡沫具有较好的黏附性能，能够在高出堆积，对高、中部煤体也能起到防治作用。
具体实施方式
本发明提供了一种用于煤层火灾治理的凝胶泡沫，为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明提供了一种用于煤层火灾治理的凝胶泡沫，按照重量百分比其包括：1.5％-0.7％的发泡剂，1％-0.4％的合成高吸水稳泡剂，余量为水。比如采用0.9％发泡剂、0.4％合成高吸水稳泡剂，余量为水的方案；或者1.5％发泡剂、1％合成高吸水稳泡剂，余量为水的方案；又或者0.8％发泡剂、0.9％合成高吸水稳泡剂，余量为水的方案。显然的，至于各个组分的比例可以在上述重量百分比范围内进行适应性调整，在此不再一一赘述。
更进一步的，所述发泡剂包括烷基糖苷与烷基磺酸盐，所述烷基糖苷与所述烷基磺酸盐的质量比为2-3:5-7，比如，所述烷基糖苷与所述烷基磺酸盐的质量比可以为3:7、2:5、3:5或2:7，其具体的比例可以根据需要进行合理的调整。并且所述合成高吸水稳泡剂包括单体、引发剂、交联剂与中和剂，单体、引发剂、交联剂与中和剂的质量比为25:1:1：13。
在本发明的另一较佳实施例中，所述单体为可溶性淀粉与丙烯酸的混合物，所述引发剂为过硫酸钾，所述交联剂为N，N-亚甲基双丙烯酰胺，所述中和剂为氢氧化钠，所述单体中可溶性淀粉与丙烯酸的质量比为10:3。
而且将可溶性淀粉与丙烯酸充分混合后形成百分比浓度为50％的混合物溶液，用25％的氢氧化钠中和所述混合物溶液至中和度为60％-90％，然后再向其中加入N，N-亚甲基双丙烯酰胺形成分散混合物溶液，然后再向所述分散混合物溶液内加入硫酸钾充分混合后，将温度缓慢升温至60℃，充分反应2小时左右得到固体聚合物，将所述固体聚合物放入温度为90℃的干燥箱内烘干，取出后粉碎得到所述合成高吸水稳泡剂。
将烷基糖苷与烷基磺酸盐按3：7的比例复配发泡剂，加入质量浓度为0.2％的合成高吸水稳泡剂，用Waring Blender搅拌法(瓦氏高速捣碎器)搅拌，将转速调制3000r/min，搅拌时间为1分钟，将搅拌机的凝胶泡沫倒入2000ml大量筒中，测定发泡剂的高度为1020ml，其中析出50ml水的时间为30分钟，破泡半衰期为1小时。
将烷基糖苷与烷基磺酸盐按2：5的比例复配发泡剂，加入质量浓度为0.3％的合成高吸水稳泡剂，用Waring Blender搅拌法搅拌，将转速调制3000r/min，搅拌时间为1分钟，将搅拌机的凝胶泡沫倒入2000ml大量筒中，测定发泡剂的高度为980ml，其中析出50ml水的时间为1.2小时，破泡半衰期为6小时。
将烷基糖苷与烷基磺酸盐按1：3的比例复配发泡剂，加入质量浓度为0.4％的合成高吸水稳泡剂，用Waring Blender搅拌法搅拌，将转速调制3000r/min，搅拌时间为1分钟，将搅拌机的凝胶泡沫倒入2000ml大量筒中，测定发泡剂的高度为935ml，其中析出50ml水的时间为4.5小时，破泡半衰期为19小时。
配置成的高吸水凝胶泡沫均具有较好的防灭火性能。
将没经过凝胶泡沫处理过的煤样和经过凝胶泡沫处理过的煤样分别放入煤样罐内，程序控制升温，测定100℃时，煤样在阻化处理后前后释放的一氧化碳量的差值与未经阻化处理时释放的一氧化碳量的百分比作为阻化率。实验结果显示，在煤样中添加凝胶泡沫，通过计算100℃时的阻化率得出其阻化率为63.88％，大大提高了煤的阻化性，阻化效果随着凝胶泡沫的提高而提高。
Claims (1)
1.一种用于煤层火灾治理的凝胶泡沫，其特征在于，按照重量百分比其包括：
1.5％-0.7％的发泡剂，1％-0.4％的合成高吸水稳泡剂，余量为水；
所述合成高吸水稳泡剂包括单体、引发剂、交联剂与中和剂，单体、引发剂、交联剂与中和剂的质量比为25:1:1：13；
所述单体为可溶性淀粉与丙烯酸的混合物，所述引发剂为过硫酸钾，所述交联剂为N，N-亚甲基双丙烯酰胺，所述中和剂为氢氧化钠，所述单体中可溶性淀粉与丙烯酸的质量比为10:3；
所述发泡剂包括烷基糖苷与烷基磺酸盐，所述烷基糖苷与所述烷基磺酸盐的质量比为2-3:5-7；
将可溶性淀粉与丙烯酸充分混合后形成百分比浓度为50％的混合物溶液，用25％的氢氧化钠中和所述混合物溶液至中和度为60％-90％，然后再向其中加入N，N-亚甲基双丙烯酰胺形成分散混合物溶液，然后再向所述分散混合物溶液内加入硫酸钾充分混合后，将温度缓慢升温至60℃，充分反应得到固体聚合物，将所述固体聚合物放入温度为90℃的干燥箱内烘干，取出后粉碎得到所述合成高吸水稳泡剂。
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