CN103964766A

CN103964766A - 防治煤炭自燃的粉煤灰-水泥泡沫材料及其制备方法

Info

Publication number: CN103964766A
Application number: CN201410174835.9A
Authority: CN
Inventors: 胡相明; 赵艳云; 程卫民
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2014-04-29
Filing date: 2014-04-29
Publication date: 2014-08-06
Anticipated expiration: 2034-04-29
Also published as: CN103964766B

Abstract

本发明公开了防治煤炭自燃的粉煤灰-水泥泡沫材料及其制备方法，它是由以下组分制成的：硫铝酸盐超细水泥10-40、粉煤灰10-40、羧甲基纤维素0.5-0.9、氟化钠0.1-0.6、三聚氰胺0.2-0.6，硫酸铝0.1-0.4、十二烷基硫酸钠0.3-0.6、十二烷基苯磺酸钠0.4-0.6、皂素0.5-0.8，其余为水。本发明的泡沫材料发泡倍数高、稳定时间长，失水率低，封堵性好，非常适用于煤矿井下防灭火。本发明具有成本低、堵漏性好、强度高和施工简单等优点。

Description

防治煤炭自燃的粉煤灰-水泥泡沫材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及煤矿防灭火材料领域，具体涉及一种防治煤炭自燃的粉煤灰-水泥泡沫材料及其制备方法。

背景技术

煤炭自燃是威胁我国煤矿安全生产的重大隐患之一。煤炭自燃引发的火灾不但造成大量的人员伤亡和严重的经济损失，还会引起大面积的环境污染，植被破坏，土壤沙漠化等问题。为防治煤炭自燃，国内外广泛采用灌浆、喷洒阻化剂、注惰性气体、注胶体、注三相泡沫、气雾阻化剂、均压防灭火、固化泡沫堵漏风等技术。在灌浆材料方面，主要是黄泥、粉煤灰，此外还有矸石、砂子、水泥砂浆、石膏、高水材料等。这些技术对保证矿井安全生产起到重要作用，但还存在一些问题：如黄泥灌浆会消耗大量农田，粉煤灰堵漏效果差，矸石制浆成本高；水玻璃-铵盐凝胶产生有毒有味的氨气，高分子胶体流动性差，渗透范围较小；三相泡沫强度低，稳定性较差，无法保证封堵的持久性；有机泡沫材料成本高，反应过程放热，存在不安全因素；惰性气体易随漏风扩散，不易滞留在注入的区域内。由此可见，现有的防灭火材料均存在不同程度的缺陷，为加快现有火区的治理速度和遏制新火区的发生，迫切需要研发矿井防灭火的新材料，跳出现有理论和技术框架，寻找更为有效的防灭火材料和技术。基于此，本专利发明了一种防治煤炭自燃的粉煤灰-水泥泡沫材料。

发明内容

为了克服现有煤矿防灭火材料有的封堵强度低，有的成本高，有的破坏环境等缺陷，提供一种强度高，堵漏效果好、成本低和施工简单的粉煤灰-水泥泡沫材料及其制备方法。本发明是通过如下方案予以实现的：一种防治煤炭自燃的粉煤灰-水泥泡沫材料是由发泡剂、增稠剂、速凝剂以及无机填料组成。所述的发泡剂为十二烷基硫酸钠、十二烷基苯磺酸钠、皂素中的一种或几种(0-2％)；所述的增稠剂为羧甲基纤维素钠(0-1％)；所述的速凝剂为氟化钠、三聚氰胺、硫酸铝中的一种或几种(0-1％)；所述的无机填料为水泥(10-40％)和粉煤灰(10-40％)。本发明采用十二烷基硫酸钠、十二烷基苯磺酸钠、皂素等组成复合发泡剂，制备的泡沫发泡倍率高、稳定时间长，能够大幅度提高煤矿采空区注浆的流动性；采用特种水泥和粉煤灰为胶凝材料，使泡沫材料的强度高，同时价格低廉；在材料中加入成本低廉、悬浮性能稳定、失水率低的羧甲基纤维素，使本发明的注浆材料具有很好的可泵性。材料中添加速凝剂氟化钠、三聚氰胺和硫酸铝后，泡沫的固化时间可适当延长，失水速率降低，非常适合煤矿采空区充填堵漏风。

本发明采取的技术方案是：通过机械搅拌发泡剂形成泡沫，再将泡沫加入粉煤灰-水泥的浆体中，搅拌制成泡沫泥浆，然后通过输浆管路运送到可能发生煤炭自燃或已经发生自燃火灾的区域，以防止煤层自燃或进行自燃火灾灭火处理。泡沫浆中的水分吸收大量的热，降低煤炭自燃放热的热量，同时粉煤灰与水泥等无机材料失水后固化，起到隔绝氧气的作用。该材料成本低、降温效果好，泡沫可以堆积，有利于扑灭隐蔽火源，粉煤灰-水泥泡沫可以固化，相比三相泡沫在稳定性上有明显的优势。

附图说明

图1：粉煤灰-水泥泡沫材料制备工艺流程图

图2：高性能泡沫照片。

图3：粉煤灰-水泥泡沫电镜照片

具体实施方式

实施例1：本实施方式由以下组分制得：(用量为重量百分比)硫铝酸盐超细水泥20，粉煤灰20，羧甲基纤维素0.2-0.3、氟化钠0.1-0.3、三聚氰胺0.1-0.3，硫酸铝0.1-0.3、十二烷基硫酸钠0.3-0.6、十二烷基苯磺酸钠0.4-0.6、其余为水，所有组分的用量都是重量百分比。

实施例2：本实施方式由以下组分制得：(用量为重量百分比)硫铝酸盐超细水泥15，粉煤灰25，羧甲基纤维素0.5、氟化钠0.2-0.3、三聚氰胺0.1-0.3，硫酸铝0.1-0.3、十二烷基硫酸钠0.4-0.6、十二烷基苯磺酸钠0.4-0.6、其余为水，所有组分的用量都是重量百分比。

实施例3：本实施方式由以下组分制得：(用量为重量百分比)硫铝酸盐超细水泥25，粉煤灰15，羧甲基纤维素0.5、氟化钠0.2-0.3、三聚氰胺0.1-0.3，硫酸铝0.1-0.3、十二烷基硫酸钠0.4-0.6、皂素0.5-0.6、其余为水，所有组分的用量都是重量百分比。

实施例4：本实施方式由以下组分制得：(用量为重量百分比)硫铝酸盐超细水泥20，粉煤灰30，羧甲基纤维素0.5、氟化钠0.2-0.3、三聚氰胺0.5-0.7，硫酸铝0.1-0.3、十二烷基硫酸钠0.5-0.6、皂素0.5-0.8、其余为水，所有组分的用量都是重量百分比。

实施例5：本实施方式由以下组分制得：(用量为重量百分比)硫铝酸盐超细水泥30，粉煤灰20，羧甲基纤维素0.5、氟化钠0.2-0.3、三聚氰胺0.1-0.3，硫酸铝0.1-0.3、皂素0.5-0.7、十二烷基苯磺酸钠0.4-0.6、其余为水，所有组分的用量都是重量百分比。

发泡剂的选择是制备粉煤灰-水泥泡沫最关键的一步，同时是决定泡沫性能的主要因素，其显著影响粉煤灰-水泥泡沫的平均孔径的大小、均匀性、泡孔的泌水率、以及泡沫的力学性能(抗压强度)等指标。本专利将十二烷基硫酸钠溶液(A)，皂素溶液(B)，十二烷基苯磺酸钠(C)三种发泡剂进行两两复配，其初始泡沫高度、1小时后泡沫高度、泡沫塌陷距分别见表1-3。

表1十二烷基硫酸钠与皂素复配制备泡沫的稳定性参数

表2十二烷基硫酸钠与十二烷基苯磺酸钠复配制备泡沫的稳定性参数

表3皂素与十二烷基苯磺酸钠复配制备泡沫的稳定性参数

三种表面活性剂相比较，十二烷基硫酸钠的起泡效果最好。表面活性剂经过复配之后，泡沫的发泡能力显著提高，稳定性也有所增强。根据泡沫初始高度和泡沫稳定性确定：十二烷基硫酸钠溶液与皂素溶液的配比为3∶7时为最佳复配，具体发泡效果见图2。

不同粉煤灰、水泥、助剂用量制备粉煤灰-水泥泡沫的性能指标见表4。由表4可以看出，所有粉煤灰-水泥泡沫的密封性能都很好，固化后承压强度较高。粉煤灰-水泥泡沫被注入煤矿采空区后，能够快速对采空区遗煤覆盖，起到隔绝氧气的效果；同时粉煤灰-水泥泡沫中含有大量的水分可以降低煤体温度，起到冷却作用；粉煤灰-水泥泡沫固化后能够对采空区起到充填堵漏作用。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何不经过创造性劳动想到的变化或替换，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所限定的保护范围为准。

Claims

1.一种用于防治煤炭自燃的粉煤灰-水泥泡沫材料，其特征是它是由下列组分制成的：发泡剂、增稠剂、速凝剂以及无机填料组成。

2.根据权利要求1所述的一种防治煤炭自燃的粉煤灰-水泥泡沫材料，其特征在于所述的发泡剂为十二烷基硫酸钠、十二烷基苯磺酸钠、皂素中的一种或几种；所述的增稠剂为羧甲基纤维素钠；所述的速凝剂为氟化钠、三聚氰胺、硫酸铝中的一种或几种(0-5％)；所述的无机填料为水泥和粉煤灰。

3.根据权利要求1所述的一种防治煤炭自燃的粉煤灰-水泥泡沫材料，其特征在于上述物料的配比为：硫铝酸盐超细水泥10-40、粉煤灰10-40、羧甲基纤维素0.5-1、氟化钠0.1-0.6、三聚氰胺0.2-0.6，硫酸铝0.1-0.4、十二烷基硫酸钠0.3-0.6、十二烷基苯磺酸钠0.4-0.6、皂素0.5-0.8，其余为水，所有组分的用量都是重量百分比。

4.根据权利要求1所述的一种用于防治煤炭自燃的粉煤灰-水泥泡沫材料，其制备方法为：通过机械搅拌发泡剂形成泡沫，再将泡沫加入粉煤灰-水泥的浆体中，搅拌制成泡沫泥浆，然后通过输浆管路运送到可能发生煤炭自燃或已经发生自燃火灾的区域，以防止煤层自燃或进行自燃火灾灭火处理。泡沫浆中的水分吸收大量的热，降低煤炭自燃放热的热量，同时粉煤灰与水泥等无机材料失水后固化，起到隔绝氧气的作用。

5.根据权利要求1至4中任意一项权利要求所述的一种用于防治煤炭自燃的粉煤灰-水泥泡沫材料，其特征是硫铝酸盐超细水泥的粒度在40微米以下。

6.根据权利要求1至4中任意一项权利要求所述的一种用于防治煤炭自燃的粉煤灰-水泥泡沫材料，其特征是粉煤灰的粒度在40微米以下。