CN107676122B - 防治煤矿自燃用悬浮阻化剂及其应用 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种防治煤矿自燃用悬浮阻化剂，由5～25%超高分子量聚丙烯酸钠、55～85%无机悬浮阻化剂、5～20%活化剂和1～2.5%渗透剂混配制成。将其加入水中制成水悬浮液，再添加山砂或粉煤灰制成防灭火阻化剂，悬浮阻化剂能与山砂(粉煤灰)和水螯合形成三维网状结构，将密度较大的山砂(粉煤灰)颗粒包裹在网状结构中，使其悬浮较长的时间，解决了山砂(粉煤灰)沉降及堵塞管路以及防灭火阻化剂保水时间短的问题。
Description
技术领域
本发明属于煤矿阻燃技术领域，涉及一种用于防治煤矿自燃的阻化剂。本发明阻化剂能够很好地悬浮山沙或粉煤灰用于预防和阻止煤矿自燃。
背景技术
煤矿火灾多由煤的自燃引发。在煤炭开采及运输过程中，由于机械震动、风力等多种因素，会在煤层中产生空隙渗入空气，也会有很多细小的煤尘飘落在煤巷巷道壁上。煤炭吸附空气中的氧而氧化，会产生一定的热量，如果热量不能得到及时散发，随着氧化的深入，热量越积越多并促使氧化进一步加剧，煤温将会越来越高，当煤温达到着火点(300～350℃)时，即可发生煤的自燃。煤矿井下易自燃的地点一般包括有采空区，停采线和开切眼，进、回风巷道，构造带以及通风设施附近等。
氧气的存在是煤发生自燃的必要条件。只有在含氧量较高且持续稳定的情况下，煤氧化过程才能够持续并最终造成自燃。因此，大多煤矿采用在采空区和煤巷壁灌注或喷涂水泥砂浆的方式以防止煤炭自燃。
水泥砂浆的作用主要包括：一、包住碎煤，使碎煤与空气隔绝，隔绝煤氧结合，防止氧化；二、堵塞采空区空隙，减少漏风；三、泥浆水使密闭区内冷却、降温。由于灌注或喷涂水泥砂浆具有这些作用，是目前煤矿主要的防治煤炭自燃技术手段。
灌注或喷涂水泥砂浆防止煤炭自燃的方法也存在一定的不足。首先是水泥砂浆干涸后容易开裂，密封作用降低，需要再次喷涂水泥砂浆。而反复喷涂上过厚的水泥砂浆，又容易造成喷涂层的整体脱落。二是水泥砂浆的比重较大，极易沉降，在使用注浆泵进行喷涂的过程中容易造成管路堵塞，喷涂后静置在管道内的水泥砂浆更容易堵塞管路。
凡是能阻止煤在空气中氧化，或能够降低煤氧化速度的物质被称为煤的阻化剂。常用的阻化剂有氯化钙、氯化镁、硝石灰和水玻璃等。它们都是吸水性很强的物质，附着在煤表面时，会吸收空气中的水分，在煤表面形成含水的液膜，阻止煤与氧的接触。这些物质能使煤体长期处于有水潮湿状态，水蒸发时吸热的降温作用，使煤在低温氧化时温度不升高，从而抑制煤的自热和自燃。
近年来，晋陕蒙区域充分利用该地区山砂和粉煤灰资源丰富的优势，就地取材，变废为宝，使用山砂或粉煤灰与阻化剂混合加水配制成砂浆用于煤矿自燃防治，达到防灭火的效果。但其并不能从根本上解决水泥砂浆存在的问题，特别是管路堵塞的问题依然严重。
发明内容
本发明的目的是提供一种具有优良悬浮和保水性能的防治煤矿自燃用悬浮阻化剂，不仅具有理想的自身防灭火效果，还能够保持砂浆的良好悬浮效果。
本发明的防治煤矿自燃用悬浮阻化剂是一种集润湿、粘结、渗透和吸湿保湿等功能于一体的煤矿自燃阻化剂固态产品，其水溶性高分子聚合物遇水能形成一层柔韧、致密的连续高分子微膜，增强其成膜强度和粘结强度，通过添加无机悬浮阻化剂、渗透剂、活化剂和吸湿保湿剂等助剂，混合形成防灭火阻化剂成品。
具体地，本发明所述的防治煤矿自燃用悬浮阻化剂是由下述重量百分数的组分混配制成的：
超高分子量聚丙烯酸钠 5～25%
无机悬浮阻化剂 55～85%
活化剂 5～20%
渗透剂 1～2.5%。
其中，所述的超高分子量聚丙烯酸钠是指分子量107以上的聚丙烯酸钠，其作为一种水溶性高分子聚合物，具有超强的吸水特性，吸水倍率≥300倍，吸水后能够形成具有较高粘结强度的网状结构。
所述的无机悬浮阻化剂是凹凸棒土、蒙脱土、膨润土、黄土中的一种，或几种的任意比例混合物。本发明优选的无机悬浮阻化剂为凹凸棒土。
本发明中，所述的活化剂用于活化所述无机悬浮阻化剂，可以是速溶硅酸钠、碳酸氢钠、碳酸钠等可以用作活化剂的无机盐中的一种，或几种的混合物。
所述的渗透剂为十二烷基磺酸钠、十二烷基苯磺酸钠、脂肪醇聚氧乙烯醚中的一种或几种的混合物。
进一步地，本发明还可以在所述防治煤矿自燃用悬浮阻化剂中加入重量百分数为2～30%的吸湿保湿剂。
所述吸湿保湿剂为具有吸湿特性的无机盐。二水氯化钙、六水氯化镁、硫酸钠、速溶硅酸钠等人们熟知的具有吸湿特性的无机盐，均为本发明可以选择的吸湿保湿剂产品。
本发明还提供了所述防治煤矿自燃用悬浮阻化剂的一种优选制备方法。
所述制备方法是先将所述重量百分数的无机悬浮阻化剂、活化剂和渗透剂充分混合活化后，加入所述重量百分数的超高分子量聚丙烯酸钠，加入或不加吸湿保湿剂，充分搅拌混合均匀，得到防治煤矿自燃用悬浮阻化剂成品。
本发明上述制备的防治煤矿自燃用悬浮阻化剂为固态产品，以下列出了其主要产品技术指标要求。
1、粘度：≥1mpa•s(1%水悬浮液)。
2、水分：≤15%。
3、pH值：6.0～8.0。
4、细度：95%通过60目。
5、耐酸碱性：pH值5～12(1%水悬浮液)。
6、悬浮效果：以100重量份的0.2%水悬浮液悬浮100重量份的60目细沙，悬浮时间≥48小时呈现疏松状态。
7、复吸水能力：5次复吸倍率不小于80%。
8、凝胶强度：不小于215g/cm2。
本发明所述防治煤矿自燃用悬浮阻化剂是加水制成水悬浮液使用的。一般地，加水量是所述悬浮阻化剂重量的500～800倍，溶解时间应不少于0.5小时。
进一步地，为达到更好的防治煤矿自燃效果，还可以向上述制成的水悬浮液中添加山砂或粉煤灰制成防灭火阻化剂。所述山砂或粉煤灰可以按水悬浮液质量0.5～2倍的用量直接加入水悬浮液中，搅拌不少于1小时即可使用。
本发明的防灭火阻化剂中，所述悬浮阻化剂能够与山砂(粉煤灰)和水螯合形成三维网状结构，将密度较大的山砂(粉煤灰)颗粒包裹在网状结构中，使其悬浮较长的时间，解决了山砂(粉煤灰)沉降及堵塞管路的问题。
本发明以水溶性高分子聚合物超高分子量聚丙烯酸钠形成具有较高粘结强度的网状结构，并添加具有吸湿保湿作用、无机悬浮作用及其活化作用、以及渗透作用的物料，混合制成均一的防治煤矿自燃用悬浮阻化剂。以其制备防灭火阻化剂，超高分子量聚丙烯酸钠与经活化后的无机悬浮阻化剂共同作用，形成具有较长分子链的凝胶，通过“搭挢”的方式将加入的山砂(粉煤灰)质点连接在一起，形成高分子复合悬浮液，不仅增加了水悬浮液的悬浮能力，使山砂(粉煤灰)不易沉降，同时，加入的山砂(粉煤灰)反过来又增强了凝胶的强度。
进而，本发明中活化剂的使用，使得无机悬浮阻化剂能够充分活化，产生最优的悬浮效果，尤其是对于使用粉煤灰制备的防灭火阻化剂。本发明通过加入渗透剂，能够降低防灭火阻化剂的固、液界面表面张力，使山砂(粉煤灰)易于被悬浮阻化剂乳液润湿，增长悬浮时间。而吸湿保湿剂的加入，能够在悬浮阻化剂内充分吸收水分，以阻挡和减缓悬浮阻化剂中的水分子逃逸到空气中，保证防灭火阻化剂在一定的时间内具有一定的含水量。
本发明的防治煤矿自燃用悬浮阻化剂具有很强的吸水性能，将其用于煤炭自燃的治理，能将山砂(粉煤灰)与水固结在一起而不易脱水，而吸水保湿剂的加入也增加了水的保持，能很好地保持井下环境和长时间的防灭火效果。同时，本发明的防治煤矿自燃用悬浮阻化剂在遇到高温时还能充分吸收蒸发热，带走更多的热量。当悬浮阻化剂中的水分被慢慢蒸发后，悬浮阻化剂与山砂(粉煤灰)固结成较硬的砂块，能完整地隔绝煤氧结合，起到防灭火效果；而当遇有水或湿度较大时，悬浮阻化剂又可以重新吸水，更进一步强化了防灭火效果。
本发明的防灭火阻化剂不仅解决了山砂(粉煤灰)与水混合极易沉降的问题，保障了煤矿就地取材利用山砂(粉煤灰)，变废为宝，降低了防灭火工程成本，而且解决了原有防灭火阻化剂保水时间短，脱水快，悬浮时间短，不能长距离输送的问题，防灭火阻化剂的输送可达10公里以上，不会发生堵管现象，静置在管道内的防灭火阻化剂可以保证留置48小时依然呈现疏松状态。
利用本发明防治煤矿自燃用悬浮阻化剂制成的防灭火阻化剂还具有强度高、不开裂的特点，且阻燃抑爆，贮运安全。本发明悬浮阻化剂防冻，-25℃不结块，无毒，无腐蚀，对环境、水质安全。
具体实施方式
下述实施例仅为本发明的优选技术方案，并不用于对本发明进行任何限制。对于本领域技术人员而言，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
实施例1。
准确称量无机悬浮阻化剂凹凸棒土75Kg，活化剂碳酸氢钠10Kg，渗透剂十二烷基磺酸钠1.1Kg，充分混合活化30分钟。
取水溶性高分子聚合物聚丙烯酸钠5Kg，吸湿保湿剂速溶硅酸钠10Kg混合均匀。
将上述两种混合物搅拌混合均匀，得到固态的防治煤矿自燃用悬浮阻化剂成品。
取少量悬浮阻化剂成品，按1∶100的比例加水搅拌60分钟制成1%水悬浮液。检测水悬浮液各项技术指标，分别为：粘度(25℃)4.9mPa•s，pH值7.5，耐酸碱度符合要求。
将悬浮阻化剂以同样方法配置成浓度0.2%的水悬浮液。取100重量份水悬浮液，加入100重量份的40～60目山砂，搅拌均匀，制成防灭火阻化剂。
将制成的防灭火阻化剂静置48小时后，依然呈现疏松状态。
在容量200ml的圆柱性容器中加入防灭火阻化剂，放入110℃烘箱中烘干2小时，得到固体块。向固体块表面添加砝码，直至固体块表面产生裂纹。测量出固体块表面添加砝码部位的面积，结合砝码重量计算出凝胶强度为215g/cm2。
取一定量的防灭火阻化剂，以200目的筛网滤除多余水分后，称重，然后放入110℃烘箱中烘干2小时。再置于足量的水中浸泡1小时，滤除多余水分，称重，两次称重的百分比为复吸倍率。重复烘干复吸5次，测得5次复吸倍率为85%。
实施例2。
准确称量凹凸棒土41Kg，蒙脱土20Kg，碳酸钠10Kg，十二烷基苯磺酸钠1.2Kg，充分混合活化30分钟。
取聚丙烯酸钠7Kg，速溶硅酸钠20Kg混合均匀。
将上述两种混合物搅拌混合均匀，得到固态的防治煤矿自燃用悬浮阻化剂成品。
取少量悬浮阻化剂成品，按1∶100的比例加水搅拌60分钟制成1%水悬浮液。检测水悬浮液各项技术指标，分别为：粘度(25℃)5.6mPa•s，pH值7.5，耐酸碱度符合要求。
将悬浮阻化剂以同样方法配置成浓度0.2%的水悬浮液。取100重量份水悬浮液，加入100重量份的40～60目山砂，搅拌均匀，制成防灭火阻化剂。
制成的防灭火阻化剂静置48小时后，依然呈现疏松状态。
按照实施例1方法测出防灭火阻化剂的凝胶强度为325g/cm2，5次复吸倍率90%。
实施例3。
准确称量膨润土50Kg，黄土23Kg，碳酸氢钠10Kg，十二烷基苯磺酸钠1.1Kg，充分混合活化30分钟。
取聚丙烯酸钠6Kg，二水氯化钙20Kg混合均匀。
将上述两种混合物搅拌混合均匀，得到固态的防治煤矿自燃用悬浮阻化剂成品。
取少量悬浮阻化剂成品，按1∶100的比例加水搅拌60分钟制成1%水悬浮液。检测水悬浮液各项技术指标，分别为：粘度(25℃)5.2mPa•s，pH值6.5，耐酸碱度符合要求。
将悬浮阻化剂以同样方法配置成浓度0.2%的水悬浮液。取100重量份水悬浮液，加入100重量份的40～60目山砂，搅拌均匀，制成防灭火阻化剂。
制成的防灭火阻化剂静置48小时后，依然呈现疏松状态。
按照实施例1方法测出防灭火阻化剂的凝胶强度为245g/cm2，5次复吸倍率83%。
实施例4。
准确称量凹凸棒土71Kg，碳酸钠10Kg，脂肪醇聚氧乙烯醚1.5Kg，充分混合活化30分钟。
取聚丙烯酸钠8Kg，六水氯化镁20Kg混合均匀。
将上述两种混合物搅拌混合均匀，得到固态的防治煤矿自燃用悬浮阻化剂成品。
取少量悬浮阻化剂成品，按1∶100的比例加水搅拌60分钟制成1%水悬浮液。检测水悬浮液各项技术指标，分别为：粘度(25℃)6.8mPa•s，pH值7.0，耐酸碱度符合要求。
将悬浮阻化剂以同样方法配置成浓度0.2%的水悬浮液。取100重量份水悬浮液，加入100重量份的40～60目山砂，搅拌均匀，制成防灭火阻化剂。
制成的防灭火阻化剂静置48小时后，依然呈现疏松状态。
按照实施例1方法测出防灭火阻化剂的凝胶强度为355g/cm2，5次复吸倍率88.5%。
实施例5。
准确称量蒙脱土57Kg，碳酸氢钠10Kg，十二烷基磺酸钠1.1Kg，充分混合活化30分钟。
取聚丙烯酸钠7Kg，速溶硅酸钠25Kg混合均匀。
将上述两种混合物搅拌混合均匀，得到固态的防治煤矿自燃用悬浮阻化剂成品。
取少量悬浮阻化剂成品，按1∶100的比例加水搅拌60分钟制成1%水悬浮液。检测水悬浮液各项技术指标，分别为：粘度(25℃)6.0mPa•s，pH值7.5，耐酸碱度符合要求。
将悬浮阻化剂以同样方法配置成浓度0.2%的水悬浮液。取100重量份水悬浮液，加入100重量份的40～60目山砂，搅拌均匀，制成防灭火阻化剂。
制成的防灭火阻化剂静置48小时后，依然呈现疏松状态。
按照实施例1方法测出防灭火阻化剂的凝胶强度为318g/cm2，5次复吸倍率93%。
实施例6。
准确称量膨润土80Kg，速溶硅酸钠10Kg，十二烷基苯磺酸钠1.3Kg，充分混合活化30分钟。
取聚丙烯酸钠6Kg，二水氯化钙14Kg混合均匀。
将上述两种混合物搅拌混合均匀，得到固态的防治煤矿自燃用悬浮阻化剂成品。
取少量悬浮阻化剂成品，按1∶100的比例加水搅拌60分钟制成1%水悬浮液。检测水悬浮液各项技术指标，分别为：粘度(25℃)5.5mPa•s，pH值6.8，耐酸碱度符合要求。
将悬浮阻化剂以同样方法配置成浓度0.2%的水悬浮液。取100重量份水悬浮液，加入100重量份的40～60目山砂，搅拌均匀，制成防灭火阻化剂。
制成的防灭火阻化剂静置48小时后，依然呈现疏松状态。
按照实施例1方法测出防灭火阻化剂的凝胶强度为268g/cm2，5次复吸倍率87%。
Claims (7)
1.一种防治煤矿自燃用防灭火阻化剂，是按照悬浮阻化剂与水的重量比为1∶500～800，将悬浮阻化剂加入水中制成水悬浮液，再加入水悬浮液质量0.5～2倍的山砂或粉煤灰混合制成，其中，所述的悬浮阻化剂由下述重量百分数的组分混配制成：
超高分子量聚丙烯酸钠 5～25%
无机悬浮阻化剂 55～85%
活化剂 5～20%
渗透剂 1～2.5%
所述无机悬浮阻化剂是凹凸棒土、蒙脱土、膨润土、黄土中的一种，或几种的任意比例混合物，所述活化剂是速溶硅酸钠、碳酸氢钠、碳酸钠中的一种，或几种的混合物。
2.根据权利要求1所述的防灭火阻化剂，其特征是所述超高分子量聚丙烯酸钠的分子量不低于107。
3.根据权利要求1所述的防灭火阻化剂，其特征是所述无机悬浮阻化剂为凹凸棒土。
4.根据权利要求1所述的防灭火阻化剂，其特征是所述渗透剂为十二烷基磺酸钠、十二烷基苯磺酸钠、脂肪醇聚氧乙烯醚中的一种，或几种的混合物。
5.根据权利要求1所述的防灭火阻化剂，其特征是在所述悬浮阻化剂中还加有重量百分数2～30%的吸湿保湿剂。
6.根据权利要求5所述的防灭火阻化剂，其特征是所述吸湿保湿剂为二水氯化钙、六水氯化镁、速溶硅酸钠或硫酸钠。
7.权利要求1或5所述防灭火阻化剂的制备方法，是将所述重量百分数的无机悬浮阻化剂、活化剂和渗透剂充分混合活化，加入所述重量百分数的超高分子量聚丙烯酸钠，加入或不加吸湿保湿剂，搅拌混合均匀制成悬浮阻化剂；按照悬浮阻化剂与水的重量比为1∶500～800，将悬浮阻化剂加入水中制成水悬浮液，再加入水悬浮液质量0.5～2倍的山砂或粉煤灰混合制成防灭火阻化剂。
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