CN110124242A - 一种塑性水玻璃凝胶材料及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种塑性水玻璃凝胶材料及其制备方法和应用，属于煤矿火灾防治领域。本的塑性水玻璃凝胶材料按质量份计，包括以下组分：水玻璃基料100～150份、注浆材料200～250份、保水剂5～10份、促凝剂50～100份、增稠剂2～5份、分散剂1～2份、表面活性剂1～2份、添加剂0.1～0.5份以及水480.5～640.9份。本发明的塑性水玻璃凝胶材料克服了传统水玻璃凝胶的不足，形成了具有凝固性和塑性的水玻璃凝胶，能够严密包裹煤体，并且更能够适应漏风通道的变形、有效封堵隔绝漏风通道、达到防治煤自燃的目的和效果。
Description
技术领域
本发明属于煤矿火灾防治领域，具体涉及一种塑性水玻璃凝胶材料及其制备方法和应用。
背景技术
煤自燃引起火灾是煤矿安全生产的主要灾害之一，煤自燃是由于破碎煤体与氧气接触发生氧化反应，释放大量的热量且不断积聚，导致煤体温度逐渐升高并达到自燃点而燃烧的过程。煤自燃释放出大量的有害气体，破坏环境，影响安全生产，烧毁煤炭资源，甚至可能引燃瓦斯煤尘爆炸造成人员伤亡的重大恶性事故。隔绝氧气及封堵漏风通道是矿井煤自燃火灾防治的主要方式，水玻璃凝胶是指水玻璃溶液与弱碱反应生成的硅凝胶，可用于覆盖松散煤体表面、封堵煤岩裂隙、降低火区温度。
目前用于煤自燃火灾防治的水玻璃凝胶存在以下缺点：
(1)强度低，易破碎：普通的水玻璃凝胶轻微受压后即遭破坏，破碎成块状；
(2)易失水、收缩、干裂、粉化：普通的水玻璃凝胶在空气中易失水、收缩，然后干裂，并逐渐粉化，胶体呈豆腐渣状，充填在裂隙处的胶体也因收缩而与煤体产生裂隙，重新构成新的漏风通道，受压破碎后这种现象尤其严重，其预防煤炭自燃的功效随之消失；
(3)其中含有凝结剂如硫酸铵、碳酸氢铵在凝胶形成过程中释放氨气，污染井下环境，影响操作人员的身体健康。
因此，需要在现有水玻璃凝胶的基础上改善其组成成分，使其既能够用于煤自燃的火灾防治，同时有可以弥补现有水玻璃凝胶的缺点。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种塑性水玻璃凝胶材料及其制备方法和应用。
为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
1、一种塑性水玻璃凝胶材料，所述塑性水玻璃凝胶材料按质量份计，包括以下组分：水玻璃基料100～150份、注浆材料200～250份、保水剂5～10份、促凝剂50～100份、增稠剂2～5份、分散剂1～2份、表面活性剂1～2份、添加剂0.1～0.5份以及水480.5～640.9份。
优选的，所述注浆材料包含粉煤灰、黄土或者黄沙中至少一种。
优选的，所述保水剂为高分子吸水树脂，所述高分子吸水树脂为聚丙烯酸纳。
优选的，所述促凝剂包含碳酸氢钠或者铝酸钠中的一种或两种。
优选的，所述增稠剂包含聚丙烯酰胺、丙烯酸聚合物、甲基纤维素或者羧甲基纤维素中的至少一种。
优选的，所述表面活性剂包含十二烷基硫酸钠或者十二烷基醇醚硫酸钠中的一种或两种。
优选的，所述添加剂为氯化钠。
优选的，所述分散剂为聚乙二醇，所述聚乙二醇的分子量为800～2000。
2、上述一种塑性水玻璃凝胶材料的制备方法，所述方法包括以下步骤：
(1)将注浆材料加入水中配制成浆液，向所述浆液中加入水玻璃基料，均匀混合成A料；
(2)将保水剂、促凝剂、增稠剂、分散剂、表面活性剂加入水中均匀混合成B料；
(3)利用凝胶泵将A料和B料通过三通混合器进行混合即可得到塑性水玻璃凝胶材料。
3、上述一种塑性水玻璃凝胶材料在防治采空区遗煤自燃方面的应用。
本发明的有益效果在于：本发明提供一种塑性水玻璃凝胶材料，是一种新型的防治煤炭自燃的无机凝胶，本发明的凝胶材料发生化学反应生成具有立体网状结构的缩合硅酸，并固化液态水，形成固体状的凝胶。将本发明的水玻璃凝胶材料注入松散媒体后，可覆盖松散煤体表面、堵塞煤岩缝隙、降低火区温度和充填封堵局部漏风通道的作用充填煤体缝隙，防止漏风，隔绝空气，从而有效预防和扑灭煤炭自燃火灾。
本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
实施例1
一种塑性水玻璃凝胶材料，其制备方法如下：
(1)将200kg的粉煤灰作为注浆材料加入350kg水中配制成浆液，再将100kg水玻璃基料加入上述浆料中，均匀混合成A料；
(2)将5kg聚丙烯酸纳作为保水剂、50kg碳酸氢钠作为促凝剂、2kg聚丙烯酰胺作为增稠剂、1kg分子量为800～2000的聚乙二醇作为分散剂、0.1kg氯化钠作为添加剂、1kg十二烷基硫酸钠作为表面活性剂，将上述材料加入290.9kg的水中均匀混合成B料；
(3)利用凝胶泵将A料和B料通过三通混合器进行混合即可得到塑性水玻璃凝胶材料。
实施例2
一种塑性水玻璃凝胶材料，其制备方法如下：
(1)将250kg的粉煤灰作为注浆材料加入400kg水中配制成浆液，再将150kg水玻璃基料加入上述浆料中，均匀混合成A料；
(2)将10kg聚丙烯酸纳作为保水剂、100kg碳酸氢钠作为促凝剂、5kg聚丙烯酰胺作为增稠剂、2kg分子量为800～2000的聚乙二醇作为分散剂、0.5kg氯化钠作为添加剂、2kg十二烷基硫酸钠作为表面活性剂，将上述材料加入80.5kg的水中均匀混合成B料；
(3)利用凝胶泵将A料和B料通过三通混合器进行混合即可得到塑性水玻璃凝胶材料。
实施例3
一种塑性水玻璃凝胶材料，其制备方法如下：
(1)将210kg的黄土作为注浆材料加入300kg水中配制成浆液，再将140kg水玻璃基料加入上述浆料中，均匀混合成A料；
(2)将8kg聚丙烯酸纳作为保水剂、60kg铝酸钠作为促凝剂、3kg丙烯酸聚合物作为增稠剂、1.5kg分子量为800～2000的聚乙二醇作为分散剂、0.3kg氯化钠作为添加剂、1.5kg十二烷基醇醚硫酸钠作为表面活性剂，将上述材料加入276.7kg的水中均匀混合成B料；
(3)利用凝胶泵将A料和B料通过三通混合器进行混合即可得到塑性水玻璃凝胶材料。
实施例4
一种塑性水玻璃凝胶材料，其制备方法如下：
(1)将220kg的黄沙作为注浆材料加入300kg水中配制成浆液，再将130kg水玻璃基料加入上述浆料中，均匀混合成A料；
(2)将8kg聚丙烯酸纳作为保水剂、30kg铝酸钠和30kg碳酸氢钠作为促凝剂、3kg甲基纤维素作为增稠剂、1.5kg分子量为800～2000的聚乙二醇作为分散剂、0.3kg氯化钠作为添加剂、1.5kg十二烷基醇醚硫酸钠作为表面活性剂，将上述材料加入276.7kg的水中均匀混合成B料；
(3)利用凝胶泵将A料和B料通过三通混合器进行混合即可得到塑性水玻璃凝胶材料。
实施例5
一种塑性水玻璃凝胶材料，其制备方法如下：
(1)将120kg的黄沙和100黄土作为注浆材料加入300kg水中配制成浆液，再将130kg水玻璃基料加入上述浆料中，均匀混合成A料；
(2)将9kg聚丙烯酸纳作为保水剂、29kg铝酸钠和30kg碳酸氢钠作为促凝剂、3kg羧甲基纤维素作为增稠剂、1.4kg分子量为800～2000的聚乙二醇作为分散剂、0.4kg氯化钠作为添加剂、1.5kg十二烷基醇醚硫酸钠作为表面活性剂，将上述材料加入276.7kg的水中均匀混合成B料；
(3)利用凝胶泵将A料和B料通过三通混合器进行混合即可得到塑性水玻璃凝胶材料。
将制备得到的塑性水玻璃凝胶材料注入松散媒体后，由于制备得到的产物属于无机凝胶材料，可以发生化学反应，生成具有立体网状结构的缩合硅酸，并固化液态水，形成固体状的凝胶。因此将制备得到的塑性水玻璃凝胶材料注入松散媒体后可覆盖松散煤体表面、堵塞煤岩缝隙、降低火区温度和充填封堵局部漏风通道的作用充填煤体缝隙，防止漏风，隔绝空气，从而有效预防和扑灭煤炭自燃火灾。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (10)
1.一种塑性水玻璃凝胶材料，其特征在于，所述塑性水玻璃凝胶材料按质量份计，包括以下组分：水玻璃基料100～150份、注浆材料200～250份、保水剂5～10份、促凝剂50～100份、增稠剂2～5份、分散剂1～2份、表面活性剂1～2份、添加剂0.1～0.5份以及水480.5～640.9份。
2.根据权利要求1所述一种塑性水玻璃凝胶材料，其特征在于，所述注浆材料包含粉煤灰、黄土或者黄沙中至少一种。
3.根据权利要求1所述一种塑性水玻璃凝胶材料，其特征在于，所述保水剂为高分子吸水树脂，所述高分子吸水树脂为聚丙烯酸纳。
4.根据权利要求1所述一种塑性水玻璃凝胶材料，其特征在于，所述促凝剂包含碳酸氢钠或者铝酸钠中的一种或两种。
5.根据权利要求1所述一种塑性水玻璃凝胶材料，其特征在于，所述增稠剂包含聚丙烯酰胺、丙烯酸聚合物、甲基纤维素或者羧甲基纤维素中的至少一种。
6.根据权利要求1所述一种塑性水玻璃凝胶材料，其特征在于，所述表面活性剂包含十二烷基硫酸钠或者十二烷基醇醚硫酸钠中的一种或两种。
7.根据权利要求1所述一种塑性水玻璃凝胶材料，其特征在于，所述添加剂为氯化钠。
8.根据权利要求1所述一种塑性水玻璃凝胶材料，其特征在于，所述分散剂为聚乙二醇，所述聚乙二醇的分子量为800～2000。
9.权利要求1～8任一项所述一种塑性水玻璃凝胶材料的制备方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
(1)将注浆材料加入水中配制成浆液，向所述浆液中加入水玻璃基料，均匀混合成A料；
(2)将保水剂、促凝剂、增稠剂、分散剂、表面活性剂加入水中均匀混合成B料；
(3)利用凝胶泵将A料和B料通过三通混合器进行混合即可得到塑性水玻璃凝胶材料。
10.权利要求1～8任一项所述一种塑性水玻璃凝胶材料在防治采空区遗煤自燃方面的应用。
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