CN109289148B - 一种煤矿井下防灭火剂及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种煤矿井下防灭火剂及其制备方法，原料包括重量份的：羧甲基纤维素0.1‑10份、减水剂0.1‑15份、水滑石2‑20份、碳酸钾0‑20份和粉煤灰60‑200份。制备步骤如下：(1)将配方用量羧甲基纤维素、减水剂、水滑石和碳酸钾，搅拌均匀，得到混合物A；(2)将配方用量的粉煤灰，加入水灰质量比为3：1‑10：1的水中，搅拌得到混合物B，将步骤(1)所得的粉状混合物A加入到混合物B中，搅拌均匀，得到浆料，即为煤矿井下防灭火剂。本发明制得的防灭火剂绿色环保、抗阻燃性能优异、灭火时能使可燃物表面温度迅速降低、灭火时间短、灭火距离长。
Description
技术领域
本发明涉及灭火剂技术领域，具体涉及一种煤矿井下防灭火剂及其制备方法。
背景技术
煤矿火灾是影响煤矿安全生产的重要灾难之一，其中煤炭自然发火是煤矿火灾的主要诱因，我国煤层自然火灾十分严重，据统计有72.86％的煤矿存在煤自燃现象。大量矿井的煤自燃火灾现场观测结果表明，火区封闭以后，由于无法有效的消除漏风通道，在内外压差的作用下，风流会由巷道壁裂隙进入采空区，为采空区提供新鲜风流，导致采空区遗煤始终处于氧化升温带内，无法有效的使得媒体处于绝氧状态，因此，煤矿火灾现象特别需要人们的注意。为防治煤炭自燃，国内外广泛采用灌浆、注胶体、喷洒阻化剂等措施，这些材料生产成本高，对环境危害大。
防灭火技术关系到人身及财产安全，为预防和控制火灾的不利形势，仍需要不断地完善和提高防灭火技术。其中，不断研发满足要求的防灭火材料是防灭火技术进步的关键。
一般来说，燃烧的三要素是可燃物、氧气和着火点，三者缺一不可。想要熄灭火焰，必须至少去除三要素中的一个，即除去可燃物，隔绝空气或者冷却温度。目前，国内煤矿或者其他场所灭火主要是用氢氧化铝泡沫灭火剂和氯化钠干粉灭火剂等传统化学灭火剂，也有少量动植物蛋白灭火液。但是，传统化学灭火剂灭火时会对环境产生污染，同时对相关器材或物品产生腐蚀作用，动物蛋白灭火液是用动物毛发、蹄、角等用HCl水解得到，不仅成本高，水解时对环境污染严重，而且在灭火过程中会产生大量毛发烧焦味和难闻的臭味，而植物蛋白灭火液要经过提取、水解、浓缩后方可得到，制备工艺比较复杂。
目前，在煤矿中还有一些大量使用惰性气体防灭火方式，国内外常用的惰性气体防灭火剂有氮气和二氧化碳。通过CO2发生器(组)将两种化学原料发生反应产生的CO2，经管路向井下采空区域或掘进工作面灌注，用CO2充实密闭着火区，起到吸热、降温、窒息、灭火的效果。该方案的优点是使用过程中不用电，产气浓度高，产气温度低，有利于吸热降温，不产生二次污染。如果将二氧化碳气体转化为二氧化碳泡沫，泡沫覆盖在燃烧物品上，使燃着的物质与空气隔离，并降低温度，灭火效果会更好。
目前灭火最多的是采用较为传统的干粉灭火剂或泡沫灭火剂等，以及少量的动植物蛋白灭火液。在灭火过程中，传统化学灭火剂在灭火时容易污染环境，并且对物品存在腐蚀性。动植物蛋白灭火液的制备需要经过酸类物质水解，水解时存在环境污染的风险，并且灭火时会产生难闻的味道，其制备工艺较为复杂且成本较高。中国专利申请03118972.5公开了一种利用活性污泥蛋白质制备蛋白泡沫灭火剂，在制备过程中需要采用盐酸或硫酸调节pH值，而且温度需要保持在110～125℃，制备工艺较为复杂，灭火过程中存在腐蚀物品的风险，其没有关注到灭火时间和灭火温度。中国专利申请专利201010617828.3公开了一种矿用防灭火剂组合物及其制备和使用方法，其配方较为复杂，采用的有机粘合剂丙烯酰胺具有毒性，而且在水中易团聚且成本高，采用石灰在水中形成氢氧化钙容易堵塞管道，不利于管道输送，同时其也没有对灭火时间和灭火距离进行关注。中国专利申请201410653316.0公开了一种ABC干粉灭火剂，采用醋酸铜、锰化合物和有机物三聚氰胺等作为制备原料，容易形成重金属和有机物污染，并且配方较为复杂，同时其没有关注到灭火距离长短的问题。
基于上述现实问题，本领域技术人员急需提供一种煤矿井下防灭火剂及其制备方法，以致于达到制得的防灭火剂配方简单、绿色环保、抗阻燃性能优异、成本经济低廉的技术效果，并且以期达到制备过程操作工艺简便，可以有效起到抗阻燃效果，同时以致于提供的煤矿井下防灭火剂灭火时能使可燃物表面温度迅速降低，并且灭火时间短、灭火距离长。
本发明由此产生。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的缺点，通过提供一种煤矿井下防灭火剂及其制备方法，达到制得的防灭火剂绿色环保、抗阻燃性能优异、成本经济低廉、制备时配方简单的目的，本发明的另一个目的在于达到提供的煤矿井下防灭火剂灭火时释放烟雾量小，而且阻燃时能使可燃物表面温度迅速降低、灭火时间短、灭火距离长的目的。
为了实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：
一种煤矿井下防灭火剂，所述的煤矿井下防灭火剂包括按重量份计的：羧甲基纤维素0.1-10份、减水剂0.1-15份、水滑石2-20份和粉煤灰60-200份。
进一步地，还包括按重量份计的碳酸钾0-20份。
优选地，所述的煤矿井下防灭火剂的制备原料包括重量份的：羧甲基纤维素0.4-0.8份、减水剂0.4-0.8份、水滑石4-6份、碳酸钾3-5份和粉煤灰85-95份。
进一步地，所述的减水剂选自萘系减水剂或聚羧酸系减水剂。
优选地，所述的减水剂选自萘系减水剂。
进一步地，所述的水滑石选自钙铝水滑石或镁铝水滑石。
进一步地，所述的羧甲基纤维素和减水剂的重量比为1：1。
上述煤矿井下防灭火剂的制备方法，包括如下步骤：
(1)将配方用量羧甲基纤维素、减水剂、水滑石和碳酸钾，搅拌均匀，得到混合物A；
(2)将配方用量的粉煤灰，加入水灰质量比为3：1-10：1的水中，搅拌得到混合物B，将步骤(1)所得的粉状混合物A加入到混合物B中，搅拌均匀，得到浆料，即为煤矿井下防灭火剂。
进一步地，所述的步骤(2)中将步骤(1)所得的粉状混合物A加入到混合物B中，搅拌均匀时的搅拌时间为15-25min。
进一步地，所述的步骤(2)中的水灰质量比为5:1-7:1。
本发明中，以粉煤灰作为主体阻燃材料，其具有的保水性、化学惰性能有效起到阻燃效果；以无毒无味的羧甲基纤维素作为悬浮剂，防止了灭火材料泌水，并且有利于灭火剂的管道输送；以水滑石作为阻燃改性材料，其高温分解能进一步提高材料的阻燃效果；添加碳酸钾不仅有利于灭火效果，而且有利于调节灭火剂的气候适应性，从而满足不同环境条件下使用。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
本发明提供的煤矿井下防灭火剂制备过程中的配方简单、使用的原料无毒无害、速凝、绿色环保、操作工艺简单，抗阻燃性能优异、成本经济低廉，利用固体废弃物粉煤灰作为阻燃的主体材料实现变废为宝，提高了灭火材料的性能,本发明制备的煤矿井下防灭火剂，在某大型煤矿于冬季-8℃环境下进行管道注浆时，该防灭火剂不堵塞管道，抗冻效果明显。
本发明制得的煤矿井下防灭火剂能适应环境气候的变化，能在气相燃烧区阻断自由基的活性，在燃烧区能形成隔热和隔气的焦化层，从而有效起到抗阻燃效果，并且灭火施工操作简单易行。
本发明的煤矿井下防灭火剂灭火时释放烟雾量小，而且阻燃时能使可燃物表面温度迅速降低、灭火时间短、灭火距离长。
具体实施方案
下面结合具体实施例对本发明的技术方案作进一步具体说明。
实施例1
所述的煤矿井下防灭火剂的制备原料包括重量份的：羧甲基纤维素0.5份、萘系减水剂0.5份、镁铝水滑石5份、碳酸钾4份和粉煤灰90份。
(1)将配方用量羧甲基纤维素、减水剂、水滑石和碳酸钾，搅拌均匀，搅拌时间为20min，得到混合物A；
(2)将配方用量的粉煤灰，加入水灰质量比为6：1的水溶液中，搅拌得到混合物B，将步骤(1)所得的粉状混合物A加入到混合物B中，搅拌均匀，搅拌18min，得到浆料，即为煤矿井下防灭火剂。
实施例2
与实施例1的区别在于：所述的煤矿井下防灭火剂的制备原料包括重量份的：羧甲基纤维素0.4份、萘系减水剂0.4份、镁铝水滑石4份、碳酸钾3份和粉煤灰85份。
实施例3
与实施例1的区别在于：所述的煤矿井下防灭火剂的制备原料包括重量份的：羧甲基纤维素0.8份、萘系减水剂0.8份、镁铝水滑石6份、碳酸钾5份和粉煤灰95份。
实施例4
与实施例1的区别在于：所述的煤矿井下防灭火剂的制备原料包括重量份的：羧甲基纤维素0.1份、萘系减水剂0.1份、镁铝水滑石2份、碳酸钾0份和粉煤灰60份。
实施例5
与实施例1的区别在于：所述的煤矿井下防灭火剂的制备原料包括重量份的：羧甲基纤维素10份、萘系减水剂15份、镁铝水滑石20份、碳酸钾20份和粉煤灰200份。
实施例6
与实施例1的区别在于：所述的减水剂为聚羧酸系减水剂。
实施例7
与实施例1的区别在于：所述的水滑石为钙铝水滑石。
实施例8
与实施例1的区别在于：所述的步骤(2)中将步骤(1)所得的粉状混合物A加入到混合物B中，搅拌均匀时的搅拌时间为15min。
实施例9
所述的步骤(2)中将步骤(1)所得的粉状混合物A加入到混合物B中，搅拌均匀时的搅拌时间为25min。
实施例10
与实施例1的区别在于：所述的制备方法步骤(2)中的水灰质量比为5:1。
实施例11
与实施例1的区别在于：所述的制备方法步骤(2)中的水灰质量比为7：1。
实施例12
与实施例1的区别在于：所述的制备方法步骤(2)中的水灰质量比为3：1。
实施例13
与实施例1的区别在于：所述的制备方法步骤(2)中的水灰质量比为10：1。
对比例1
与实施例1的区别在于：所述的煤矿井下防灭火剂的制备原料包括重量份的：羧甲基纤维素0.05份、萘系减水剂0.06份、镁铝水滑石1份、碳酸钾0份和粉煤灰52份。
对比例2
与实施例1的区别在于：所述的煤矿井下防灭火剂的制备原料包括重量份的：羧甲基纤维素14份、萘系减水剂18份、镁铝水滑石25份、碳酸钾23份和粉煤灰220份。
对比例3
与实施例1的区别在于：所述的羧甲基纤维素和萘系减水剂的重量比为1：2，即所述的煤矿井下防灭火剂的制备原料包括重量份的：羧甲基纤维素0.5份、萘系减水剂1份、镁铝水滑石5份、碳酸钾4份和粉煤灰90份。
对比例4
与实施例1的区别在于：所述的步骤(2)中将步骤(1)所得的粉状混合物A加入到混合物B中，搅拌均匀时的搅拌时间为10min。
对比例5
与实施例1的区别在于：所述的步骤(2)中将步骤(1)所得的粉状混合物A加入到混合物B中，搅拌均匀时的搅拌时间为35min。
对比例6
与实施例1的区别在于：所述的制备方法步骤(2)中的水灰质量比为1：1。
对比例7
与实施例1的区别在于：所述的制备方法步骤(2)中的水灰质量比为12：1。
试验效果
将实施例1-13和对比例1-7制得的煤矿井下防灭火剂和用水做灭火剂，在实验室对燃煤进行对比灭火实验。
(1)将实施例1-5和对比例1-3制得的煤矿井下防灭火剂和用水做灭火剂，在实验室对燃煤进行对比灭火实验，得到如下表实验数据：
由上表可以看出，在灭火剂用量相同的情况下，本实施例1-5制得的煤矿井下防灭火剂相对对比例1-3和用水做灭火剂，灭火时能使燃煤的表面温度降的更低，灭火时间更短，灭火距离更长。
(2)将实施例1、实施例6-7制得的煤矿井下防灭火剂和用水做灭火剂，在实验室对燃煤进行对比灭火实验，得到如下表实验数据：
由上表可以看出，在灭火剂用量相同的情况下，当所述的减水剂为实施例6中的聚羧酸系减水剂的时候，所述的水滑石为实施例7中的钙铝水滑石的时候，制得的煤矿井下防灭火剂相对用水做灭火剂，灭火后燃煤表面温度更低，灭火时间更短，灭火的有效距离更长。
(3)将实施例1、实施例8-9、对比例4-5制得的煤矿井下防灭火剂和用水做灭火剂，在实验室对燃煤进行对比灭火实验，得到如下表实验数据：
由上表可以看出，在灭火剂用量相同的情况下，所述的步骤(2)中将步骤(1)所得的粉状混合物A加入到混合物B中，搅拌均匀时的搅拌时间为15min、18min、25min时，制得的煤矿井下防灭火剂相对用水做灭火剂，灭火后燃煤表面温度更低，灭火时间更短，灭火的有效距离更长。当搅拌时间为对比例4和对比例5中的10min、35min时，灭火后燃煤表面温度高，灭火时间变长，灭火的有效距离变短。
(4)将实施例1、实施例10-13、对比例6-7制得的煤矿井下防灭火剂和用水做灭火剂，在实验室对燃煤进行对比灭火实验，得到如下表实验数据：
由上表可以看出，在灭火剂用量相同的情况下，所述的制备方法步骤(2)中的水灰质量比为6:1、5:1、7：1、3：1和10：1时制得的煤矿井下防灭火剂相对用水做灭火剂，灭火后燃煤表面温度更低，灭火时间更短，灭火的有效距离更长。当水灰比为对比例6和对比例7中的1:1和12:1时，灭火后燃煤表面温度高，灭火时间变长，灭火的有效距离变短。
本发明实施例1-13制得的煤矿井下防灭火剂与用水做灭火剂，在实验室对燃煤进行对比灭火实验。灭火效果表明，本发明制得的煤矿井下防灭火剂能迅速覆盖燃火，发烟量小，而用水作灭火剂发烟量大，本发明制得的煤矿井下防灭火剂较水灭火效果好，且附着包裹燃煤作用明显，在某大型煤矿于冬季-8℃环境下进行管道注浆，该防灭火剂不堵塞管道，抗冻效果明显。
需要强调的是，本发明所述的实施例是说明性的，而不是限定性的，因此本发明包括并不限于具体实施方式中所述的实施例，凡是由本领域技术人员根据本发明的技术方案得出的其他实施方式，同样属于本发明保护的范围。
Claims (3)
1.一种煤矿井下防灭火剂，其特征在于：所述的煤矿井下防灭火剂的制备原料由以下重量份的原料组成：羧甲基纤维素0.4-0.5份、减水剂0.4-0.5份、水滑石4-5份、碳酸钾3-4份、粉煤灰85-90份和水；
所述的减水剂选自萘系减水剂；所述的水滑石为镁铝水滑石；
所述的羧甲基纤维素和减水剂的重量比为1：1；
所述煤矿井下防灭火剂中粉煤灰和水的水灰质量比为6：1。
2.一种如权利要求1所述的煤矿井下防灭火剂的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：
（1）将配方用量羧甲基纤维素、减水剂、水滑石和碳酸钾，搅拌均匀，得到混合物A；
（2）按水灰质量比6：1，将配方用量的粉煤灰和水，搅拌得到混合物B，将步骤（1）所得的粉状混合物A加入到混合物B中，搅拌均匀，得到浆料，即为煤矿井下防灭火剂。
3.根据权利要求2所述的煤矿井下防灭火剂的制备方法，其特征在于：所述的步骤（2）中将步骤（1）所得的粉状混合物A加入到混合物B中，搅拌均匀时的搅拌时间为18min。
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