CN104989444A - 一种防治煤炭自燃的胶体泡沫材料及制备方法 - Google Patents

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张雷林
石必明
伍清
穆朝民
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Abstract

本发明提供了一种防治煤炭自燃的胶体泡沫材料，由如下重量份数的各组分制成：水100份，黄原胶0.3～0.5份，壳聚糖0.3～0.5份，羧甲基淀粉钠0.4～0.6份和十二烷基二甲基氯化铵0.4～0.6份。本发明所述的防治煤炭自燃的胶体泡沫材料，不仅可以有效防治煤炭自燃，还可以现场灭火，且具有发泡倍数高、稳定性强、不脱水、用量少、成本低、安全环保等特性，具有广泛的应用前景。本发明还提供了上述防治煤炭自燃的胶体泡沫材料的制备方法，该方法工艺简单，成本低廉。

Description

一种防治煤炭自燃的胶体泡沫材料及制备方法
技术领域
本发明涉及胶体泡沫材料技术领域，尤其是涉及一种煤矿用防治煤炭自燃的胶体泡沫材料及制备方法。
背景技术
煤炭自燃是我国煤矿开采的主要自然灾害之一。近年来，随着综采放顶煤技术的大力推广和应用，使煤炭生产效率大幅度提高，但这种方法冒落高度大、采空区遗留残煤多、漏风严重，使得煤层自然发火严重。国有重点煤矿每年因自燃火灾而封闭的工作面超过100个，常使数千万元的综采、综放设备被封闭于火区中，大量煤炭被冻结，合理的开拓部署和开采顺序被打乱，为矿井带来巨大损失；其次煤炭自燃产生大量有毒有害气体，严重污染环境。同时对于高瓦斯或突出矿井，如果煤炭自燃防治不到位，很容易由于煤炭自燃引发瓦斯爆炸，造成人员伤亡。目前，国内外常用的防治煤炭自燃技术有注浆、注氮气、注泡沫、喷洒阻化剂、注凝胶以及复合胶体等，这些防灭火技术对保障煤矿安全生产起到了重要的作用，但都存在一些不足，比如：注浆，浆体只流向地势低的部位，对中、高位煤体起不到防治作用；注氮气，氮气易随漏风扩散，不易滞留火区；注泡沫、泡沫稳定性差，一般6～8h全部破灭；注阻化剂，阻化剂会腐蚀井下设备；注凝胶和复合材料成本较高，注射流量小，流动性差，较难大面积使用。因此，防治煤炭自燃是国内外广泛关注的一项难题。
发明内容
针对上述技术问题，本发明目的是提供一种发泡倍数高、稳定性强、不脱水的防治煤炭自燃的胶体泡沫材料，本发明另一目的是提供上述防治煤炭自燃的胶体泡沫材料的制备方法，操作工艺简单。
一种防治煤炭自燃的胶体泡沫材料，由如下重量份数的各组分制成：水100份，黄原胶0.3～0.5份，壳聚糖0.3～0.5份，羧甲基淀粉钠0.4～0.6份和十二烷基二甲基氯化铵0.4～0.6份。
本发明所述的防治煤炭自燃的胶体泡沫材料，其中，所述黄原胶和所述壳聚糖的质量比为1:1。
本发明所述的防治煤炭自燃的胶体泡沫材料，其中，由如下重量份数的各组分制成：水100份，黄原胶0.3份，壳聚糖0.3份，羧甲基淀粉钠0.4份和十二烷基二甲基氯化铵0.4份。
本发明所述的防治煤炭自燃的胶体泡沫材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)按配比准备原料，在容器A中加入水10份和黄原胶，容器A的搅拌器以1000±200转/分钟转速转动，搅拌时间为3～4min，形成黄原胶溶液；
(2)在容器B中加入水10份和壳聚糖，容器B的搅拌器以1000±200转/分钟转速转动，搅拌时间为3～4min，形成壳聚糖溶液；
(3)在容器C中加入水80份和羧甲基淀粉钠，容器C的搅拌器以1000±200转/分钟转速转动，搅拌时间为3～4min，形成羧甲基淀粉钠溶液；
(4)然后在容器C中所述的羧甲基淀粉钠溶液中加入十二烷基二甲基苄基氯化铵，持续引入氮气，容器C的搅拌器以2000±200转/分钟转速转动，搅拌时间为10～15min，形成泡沫体系；
(5)最后，将步骤(1)中所述黄原胶溶液和步骤(2)中的所述壳聚糖溶液依次添加至步骤(4)中所述泡沫体系中，容器C的搅拌器以2000±200转/分钟转速转动，搅拌时间为8～12min，制备成防治煤炭自燃的胶体泡沫材料。
本发明所述的防治煤炭自燃的胶体泡沫材料的制备方法，其中，步骤(4)中所述持续引入氮气的体积是容器A、容器B和容器C中水的体积的30～50倍。
本发明有益效果：
本发明所述的防治煤炭自燃的胶体泡沫材料，羧甲基淀粉钠有助于泡沫的形成，能够提高泡沫稳定性；黄原胶和壳聚糖在泡沫液膜内发生络合作用，交联形成凝胶，使得泡沫凝胶化。胶体泡沫同时兼有注泡沫、注氮气和注凝胶的优点，又充分克服这些技术的不足，从而大大提高防灭火效果，不仅可以有效防治煤炭自燃，还可以现场灭火，且具有发泡倍数高、稳定性强、不脱水、用量少、成本低、安全环保等特性，具有广泛的应用前景。
本发明所述的防治煤炭自燃的胶体泡沫材料，所述黄原胶和所述壳聚糖的质量比为1:1，粘度最大，效果最佳。
本发明所述的防治煤炭自燃的胶体泡沫材料，由如下重量份数的各组分制成：水100份，黄原胶0.3份，壳聚糖0.3份，羧甲基淀粉钠0.4份和十二烷基二甲基氯化铵0.4份，由该配比制成的胶体泡沫材料发泡倍数较高，稳定性较强。
本发明所述的防治煤炭自燃的胶体泡沫材料的制备方法，通过将羧甲基淀粉钠、十二烷基二甲基氯化铵与水按一定比例混合，持续引入氮气，高速搅拌，发泡形成泡沫体系；在泡沫体系中加入预先按比例配置好的黄原胶和壳聚糖溶液，充分搅拌，制备成用于防治煤炭自燃的胶体泡沫材料，工艺简单，成本低廉。
本发明所述的防治煤炭自燃的胶体泡沫材料的制备方法，步骤(4)中所述持续引入氮气的体积是容器A、容器B和容器C中水的体积的30～50倍，氮气体积太大，造成浪费；氮气体积小，会造成发泡不充分。
具体实施方式
实施例1
一种防治煤炭自燃的胶体泡沫材料，由如下重量份数的各组分制成：水100份、黄原胶0.3份、壳聚糖0.3份、羧甲基淀粉钠0.4份和十二烷基二甲基氯化铵0.4份。
本实施例所述的防治煤炭自燃的胶体泡沫材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)按配比准备原料，在容器A中加入水10份和黄原胶0.3份，容器A的搅拌器以1000±200转/分钟转速转动，搅拌时间为3min，形成黄原胶溶液；
(2)在容器B中加入水10份和壳聚糖0.3份，容器B的搅拌器以1000±200转/分钟转速转动，搅拌时间为3min，形成壳聚糖溶液；
(3)在容器C中加入水80份和羧甲基淀粉钠0.4份，容器C的搅拌器以1000±200转/分钟转速转动，搅拌时间为3min，形成羧甲基淀粉钠溶液；
(4)然后在容器C中所述的羧甲基淀粉钠溶液中加入十二烷基二甲基苄基氯化铵0.4份，持续引入氮气，氮气体积是容器A、容器B和容器C中水的体积的35倍，容器C的搅拌器以2000±200转/分钟转速转动，搅拌时间为10min，形成泡沫体系；
(5)最后，将步骤(1)中所述黄原胶溶液和步骤(2)中的所述壳聚糖溶液依次添加至步骤(4)中所述泡沫体系中，容器C的搅拌器以2000±200转/分钟转速转动，搅拌时间为8min，制备成防治煤炭自燃的胶体泡沫材料。
实施例2
一种防治煤炭自燃的胶体泡沫材料，由如下重量份数的各组分制成：水100份、黄原胶0.5份、壳聚糖0.5份、羧甲基淀粉钠0.6份和十二烷基二甲基氯化铵0.6份。
本实施例所述的防治煤炭自燃的胶体泡沫材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)按配比准备原料，在容器A中加入水10份和黄原胶0.5份，容器A的搅拌器以1000±200转/分钟转速转动，搅拌时间为4min，形成黄原胶溶液；
(2)在容器B中加入水10份和壳聚糖0.5份，容器B的搅拌器以1000±200转/分钟转速转动，搅拌时间为4min，形成壳聚糖溶液；
(3)在容器C中加入水80份和羧甲基淀粉钠0.6份，容器C的搅拌器以1000±200转/分钟转速转动，搅拌时间为4min，形成羧甲基淀粉钠溶液；
(4)然后在容器C中所述的羧甲基淀粉钠溶液中加入十二烷基二甲基苄基氯化铵0.6份，持续引入氮气，氮气体积是容器A、容器B和容器C中水的体积的50倍，容器C搅拌器以2000±200转/分钟转速转动，搅拌时间为15min，形成泡沫体系；
(5)最后，将步骤(1)中所述的黄原胶溶液和步骤(2)中所述的壳聚糖溶液依次添加至步骤(4)中所述泡沫体系中，容器C搅拌器以2000±200转/分钟转速转动，搅拌时间为12min，制备成防治煤炭自燃的胶体泡沫材料。
本实施例1和实施例2所述的防治煤炭自燃的胶体泡沫材料在使用时，利用矿井现有的注浆管路系统将制备的胶体泡沫材料注入到已经着火的采空区，起到扑灭火灾作用。
以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (5)

1.一种防治煤炭自燃的胶体泡沫材料，其特征在于：由如下重量份数的各组分制成：水100份，黄原胶0.3～0.5份，壳聚糖0.3～0.5份，羧甲基淀粉钠0.4～0.6份和十二烷基二甲基氯化铵0.4～0.6份。
2.根据权利要求1所述的防治煤炭自燃的胶体泡沫材料，其特征在于：所述黄原胶和所述壳聚糖的质量比为1:1。
3.根据权利要求1或2所述的防治煤炭自燃的胶体泡沫材料，其特征在于：由如下重量份数的各组分制成：水100份，黄原胶0.3份，壳聚糖0.3份，羧甲基淀粉钠0.4份和十二烷基二甲基氯化铵0.4份。
4.权利要求1-3任意一项所述的防治煤炭自燃的胶体泡沫材料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
(1)按配比准备原料，在容器A中加入水10份和黄原胶，容器A的搅拌器以1000±200转/分钟转速转动，搅拌时间为3～4min，形成黄原胶溶液；
(2)在容器B中加入水10份和壳聚糖，容器B的搅拌器以1000±200转/分钟转速转动，搅拌时间为3～4min，形成壳聚糖溶液；
(3)在容器C中加入水80份和羧甲基淀粉钠，容器C的搅拌器以1000±200转/分钟转速转动，搅拌时间为3～4min，形成羧甲基淀粉钠溶液；
(4)然后在容器C中所述的羧甲基淀粉钠溶液中加入十二烷基二甲基苄基氯化铵，持续引入氮气，容器C的搅拌器以2000±200转/分钟转速转动，搅拌时间为10～15min，形成泡沫体系；
(5)最后，将步骤(1)中所述黄原胶溶液和步骤(2)中的所述壳聚糖溶液依次添加至步骤(4)中所述泡沫体系中，容器C的搅拌器以2000±200转/分钟转速转动，搅拌时间为8～12min，制备成防治煤炭自燃的胶体泡沫材料。
5.根据权利4所述的防治煤炭自燃的胶体泡沫材料的制备方法，其特征在于：步骤(4)中所述持续引入氮气的体积是容器A、容器B和容器C中水的体积的30～50倍。
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