CN107060874A - 一种用于防治采空区煤炭自燃的凝胶泡沫及用途 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于防治采空区煤炭自燃的凝胶泡沫及用途，按照重量百分含量，其原料组成为：0.4％～0.6％的发泡剂，2％～3％的稳泡剂，0.6％～0.8％的成胶物质，其余为水；其中：所述发泡剂为十二烷基硫酸钠、十二烷基苯磺酸钠、癸基葡糖苷混合组成的复合发泡剂；所述稳泡剂为水玻璃和黄原胶的混合物；所述成胶物质为聚丙烯酰胺与瓜尔胶的混合物。将上述物质混合发泡后，形成的凝胶泡沫具有保水时间长、泡沫半衰期超过4d的特点。将其注入煤炭易自燃区域后，可有效裹覆煤体，对遗煤进行降温，且泡沫破灭后能在遗煤表面形成一层隔氧膜，隔绝煤与氧气接触，能够持久防治煤炭自燃。
Description
技术领域
本发明涉及煤矿井下防灭火技术应用领域，尤其涉及一种用于防治采空区煤炭自燃的凝胶泡沫。
背景技术
煤炭自燃在我国矿井生产过程中普遍存在。煤自燃而引发的矿井火灾不仅会烧毁大量的煤炭资源，而且产生有毒有害气体，严重危及井下人员的生命安全；煤自燃还常诱发瓦斯、煤尘爆炸，给矿井带来了巨大的灾难。为防治煤炭自燃，一般采用常规的注浆、注凝胶、注泡沫等防灭火技术，但这些防灭火技术都存在一定程度的缺陷和不足。注浆技术易出现拉沟现象，致使浆体不能均匀覆盖煤炭，且泥浆保水性较差，会大量脱水，甚至导致出现跑浆和溃浆现象，影响工作面的正常生产；凝胶灭火存在很大的局限性，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，使用成本较高，且铵盐凝胶对环境影响大；常规的两相泡沫保水能力差，10min不到就开始析水，泡沫半衰期短，对遗煤的封堵隔氧能力差。
发明内容
鉴于上述技术的不足，本发明的目的在于提供一种用于防治采空区煤炭自燃的凝胶泡沫，以提高泡沫的保水性能和延长破泡半衰期，增加对煤炭自燃防治区域遗煤封堵隔氧的持久性。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种用于防治采空区煤炭自燃的凝胶泡沫，按照重量百分含量，其原料组成为：0.4％～0.6％的发泡剂，2％～3％的稳泡剂，0.6％～0.8％的成胶物质，其余为水。
所述发泡剂为十二烷基硫酸钠、十二烷基苯磺酸钠、癸基葡糖苷混合组成的复合发泡剂。优选的，所述复合发泡剂中，十二烷基硫酸钠、十二烷基苯磺酸钠、癸基葡糖苷的质量比为3:3:2。
所述稳泡剂为水玻璃和黄原胶的混合物。优选的，所述稳泡剂中，水玻璃和黄原胶的质量比为20:1。
所述成胶物质为聚丙烯酰胺与瓜尔胶的混合物。优选的，所述成胶物质中，聚丙烯酰胺与瓜尔胶的质量比为1:1。
本发明还提供了上述的凝胶泡沫用于注入井下采空区防治煤炭自燃的用途，具体为：将发泡剂、稳泡剂和水混合预发泡后再加入成胶物质进一步发泡，最终形成凝胶泡沫，覆盖于煤体表面后形成隔氧泡沫层。
有益效果：本发明提供的一种用于治理煤炭自燃的凝胶泡沫，该凝胶泡沫所选材料均无毒无害。发泡剂为十二烷基硫酸钠、十二烷基苯磺酸钠、癸基葡糖苷三种物质复配，3种物质复配后具有协同作用，增大了发泡的体积。水玻璃和黄原胶组成的稳泡剂和聚丙烯酰胺与瓜尔胶复配形成的胶联剂，可在泡沫间形成三维骨架结构，极大提高了泡沫的稳定性和保水性能，形成的凝胶泡沫持久保水、泡沫半衰期可达4d以上。将发泡剂、稳泡剂和水混合预发泡后再加入成胶物质进一步发泡，最终形成凝胶泡沫注入采空区煤炭易自燃区域后，凝胶泡沫可迅速向高位堆积，在所灌注区域内，对不同高度的煤炭均可有效覆盖，覆盖面积广。凝胶泡沫形成后可在30min内完成成胶，覆盖于煤体表面后可形成保水性好的隔氧泡沫层，对遗煤进行隔氧降温，泡沫破灭后还能在遗煤表面形成一层隔氧膜，能够长时间隔绝煤炭与氧气接触，抑制煤炭自燃。成型的凝胶泡沫不会恶化井下工作环境，并且还可保证煤质。
具体实施方式
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，按照质量百分比其包括0.4％～0.6％的发泡剂，2％～3％的稳泡剂，0.6％～0.8％的成胶物质，其余为水。所述的发泡剂、稳泡剂、成胶物质的浓度均为适宜的浓度范围，该浓度可根据实际情况进行调整，适当增加或减少三者比重，比如发泡剂质量浓度调至0.5％，稳泡剂质量浓度调至2.2％，成胶物质质量浓度调至0.7％，等等。最经济的浓度为：0.4％的发泡剂，2％的稳泡剂，0.6％的成胶物质，其余为水，即达到相近效果所需的最低浓度。在上述浓度范围内，适当增加发泡剂、稳泡剂、成胶物质的质量浓度，发泡成胶的总体效果会有所提升。
实施例1：
确定凝胶泡沫基液质量为50g，其中发泡剂质量百分比为0.4％，稳泡剂质量百分比为2％，成胶物质质量百分比为0.6％，其余为水。将发泡剂和稳泡剂同时加入水中后采用孔盘打击法进行初次发泡，发泡至最大发泡体积的80％停止发泡；然后，将成胶物质加入已发起的泡沫之中，采用孔盘打击法进行最终发泡。
将经过凝胶泡沫浸泡的煤样和用水浸泡的煤样相同条件下放置7d后，采用程序升温实验模拟煤自燃过程，测试其交叉点温度，发现经凝胶泡沫处理后的煤样，其交叉点温度比用水处理的煤样交叉点温度提高了20℃左右；同一反应温度下，凝胶泡沫浸泡样品的CO释放量低于水浸泡煤样的CO量；比较反应温度为100℃下时凝胶泡沫处理后的煤样和用水浸泡的煤样的CO释放量，计算出凝胶泡沫在100℃时的阻化率Eco＝66％，说明本发明的凝胶泡沫具有很好的防治煤炭自燃的效果。
实施例2：
确定凝胶泡沫基液质量为50g，其中发泡剂质量百分比为0.5％，稳泡剂质量百分比为3％，成胶物质质量百分比为0.7％，其余为水。将发泡剂和稳泡剂同时加入水中后采用孔盘打击法进行初次发泡，发泡至最大发泡体积的80％停止发泡；然后，将成胶物质加入已发起的泡沫之中，采用孔盘打击法进行最终发泡。
采用与实施例1相同的方法，计算出凝胶泡沫在100℃时的阻化率Eco＝68％，说明本发明的凝胶泡沫具有很好的防治煤炭自燃的效果。
实施例3：
确定凝胶泡沫基液质量为50g，其中发泡剂质量百分比为0.6％，稳泡剂质量百分比为2.5％，成胶物质质量百分比为0.8％，其余为水。将发泡剂和稳泡剂同时加入水中后采用孔盘打击法进行初次发泡，发泡至最大发泡体积的80％停止发泡；然后，将成胶物质加入已发起的泡沫之中，采用孔盘打击法进行最终发泡。
采用与实施例1相同的方法，计算出凝胶泡沫在100℃时的阻化率Eco＝69％，说明本发明的凝胶泡沫具有很好的防治煤炭自燃的效果。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (6)
1.一种用于防治采空区煤炭自燃的凝胶泡沫，其特征在于：按照重量百分含量，其原料组成为：0.4％～0.6％的发泡剂，2％～3％的稳泡剂，0.6％～0.8％的成胶物质，其余为水；其中：
所述发泡剂为十二烷基硫酸钠、十二烷基苯磺酸钠、癸基葡糖苷混合组成的复合发泡剂；
所述稳泡剂为水玻璃和黄原胶的混合物；
所述成胶物质为聚丙烯酰胺与瓜尔胶的混合物。
2.根据权利要求1所述的用于防治采空区煤炭自燃的凝胶泡沫，其特征在于：所述发泡剂中，十二烷基硫酸钠、十二烷基苯磺酸钠、癸基葡糖苷的质量比为3:3:2。
3.根据权利要求1所述的用于防治采空区煤炭自燃的凝胶泡沫，其特征在于：所述稳泡剂中，水玻璃和黄原胶的质量比为20:1。
4.根据权利要求1所述的用于防治采空区煤炭自燃的凝胶泡沫，其特征在于：所述成胶物质中，聚丙烯酰胺与瓜尔胶的质量比为1:1。
5.权利要求1所述的凝胶泡沫用于注入井下采空区防治煤炭自燃的用途。
6.根据权利要求5所述的用途，其特征在于：将发泡剂、稳泡剂和水混合预发泡后再加入成胶物质进一步发泡，最终形成凝胶泡沫，覆盖于煤体表面后形成隔氧泡沫层。
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