CN110129074A - 一种无机盐-自由基淬火剂双重抑制煤自燃的防火材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

一种无机盐‑自由基淬火剂双重抑制煤自燃的防火材料及其制备方法，属于煤炭自燃防治技术领域，可解决现有煤矿防火材料效果不理想的问题，本发明材料由无机盐类、碳‑氧自由基淬火剂、表面活性剂、活性增效剂、pH调节剂和水构成。将无机盐类溶解于水中配制成无机盐类阻化溶液，将碳自由基捕获剂和氧自由基捕获剂溶于乙醇中配制成自由基淬火剂溶液，将无机盐类阻化溶液与淬火剂溶液混合，并调节pH使其值保持在6‑7之间，在混合液中添加活性增强剂和表面活性剂，充分搅拌，即可制防火材料。本发明防火材料可以在煤自燃的整个过程进行防灭火，实现持续、高效抑制效果。

Description

一种无机盐-自由基淬火剂双重抑制煤自燃的防火材料及其 制备方法

技术领域

本发明属于煤炭自燃防治技术领域，具体涉及一种无机盐-自由基淬火剂双重抑制煤自燃的防火材料及其制备方法。

背景技术

矿井火灾是煤矿重大灾害之一，煤矿井下90%的矿井火灾是由煤炭自燃引起的，威胁着矿工的生命安全，给煤矿企业带来成巨大经济损失，严重制约着矿井可持续发展。煤炭自燃已经成为煤矿安全生产亟需解决的问题之一。喷洒阻化剂是目前煤矿企业防治煤炭自燃最常用的方法，主要利用某些能够抑制煤炭氧化的无机盐喷洒于采空区或压注入煤体之内来抑制或延缓煤炭的氧化，在矿井自燃火灾的防治中起着重要的作用。

目前，煤矿常用防火材料包括CaCl₂、NH₄Cl和水玻璃等。现场实践表明，这些阻化剂仅能在煤自燃过程某一阶段发挥抑制作用，不能在煤自燃整个发展过程中起到防火作用，同时阻化剂与煤体接触性较差，阻化寿命短，阻化效率低，无法实现长时间持续抑制，需要多次补注，增加使用成本，并且阻化剂对煤种具有选择性，对不同煤种有不同的阻化效果，增加阻化剂使用难度。从煤自燃防治机理来看，可以通过两种途径对煤自燃过程进行抑制：第一种途径可通过物理隔氧降温的方法来抑制煤自燃，这一类阻化剂一般在温度煤自燃低温阶段能发挥较好的阻化效果；另一类可通过化学方法切断煤自燃过程中煤氧自由基反应或抑制活性物质形成，最终终止煤自燃反应过程，这类阻化剂一般在煤自燃中、高温阶段发挥阻化作用。因此把物理途径和化学方法相结合，研发一种物理和化学双重抑制煤自燃的防火材料，才能有效地减少煤矿自燃火灾灾害的发生。

发明内容

本发明针对现有煤矿防火材料与煤体接触性较差，阻化寿命短，阻化效率低，无法实现长时间持续抑制，需要多次补注，增加使用成本，并且阻化剂对煤种具有选择性，对不同煤种有不同的阻化效果，增加阻化剂使用难度的问题，提供一种无机盐-自由基淬火剂双重抑制煤自燃的防火材料及其制备方法。

本发明采用如下技术方案：

一种无机盐-自由基淬火剂双重抑制煤自燃的防火材料，包括如下重量份数的组分：100~120份无机盐类、20~50份碳自由基捕获剂、20~50份氧自由基捕获剂、10~20份表面活性剂、20~30份活性增效剂、5~10份pH调节剂，900~1000份水。

进一步地，所述无机盐类包为氯化镁和氯化钙的混合物，其中，氯化镁的重量份数为40~60份，氯化钙的重量份数为40~70份。

进一步地，所述碳自由基捕获剂为N,N-二苄基羟胺（DBHA）。

进一步地，所述氧自由基捕获剂为2,6-二叔丁基-4-甲基苯酚（BHT）。

进一步地，所述表面活性剂为十二烷基硫酸钠阴离子表面活性剂。

进一步地，所述活性增效剂为柠檬酸钠。

进一步地，所述pH调节剂为碳酸氢钠溶液。

一种无机盐-自由基淬火剂双重抑制煤自燃的防火材料的制备方法，包括如下步骤：

第一步，按重量份数分别取氯化镁和氯化钙，先后缓慢加入水中，搅拌溶解，得到混合溶液A；

第二步，按重量份数分别取N,N-二苄基羟胺粉末和2,6-二叔丁基-4-甲基苯酚粉末，溶于50ml浓度为60-70%的乙醇溶液中，并搅拌均匀，得到混合溶液B；

第三步，将混合溶液A和混合溶液B混合，得到混合溶液C，向混合溶液C中缓慢加入NaHCO₃溶液，充分搅拌，使pH值保持在6-7之间，得到混合溶液D；

第四步，向混合溶液D中添加柠檬酸钠和十二烷基硫酸钠，搅拌混合均匀，得到无机盐-自由基淬火剂双重抑制煤自燃的防火材料。

本发明的有益效果如下：

本发明的防火材料成分中的无机盐类可以在煤自燃初期阶段，通过盐类离子阻化以及无机盐中结晶水蒸发吸热，抑制煤炭自热升温，起到隔氧降温的物理阻化作用，延长煤自燃发火期，同时阻化剂成分中自由基淬火剂可以对煤自燃过程中产生的自由基进行捕获，降低体系自由基浓度，从而使煤自燃自由基反应链终止，起到化学灭火的效果，最终实现煤自燃的物理化学协同双重抑制；材料中的活性增效剂可以增强无机盐类和自由基淬火剂的防火效果，表面活性剂可以增加防火材料与煤体的结合度，从而实现持久高效的煤自燃火灾防治。

本发明防火材料可以在煤自燃的整个过程进行防灭火，实现持续、高效抑制效果，防火材料不含对人体有害成分，使用时不会产生对环境污染的物质，制备过程简单，阻化寿命长，阻化效率高，具有广泛的应用前景。

可以通过调节防火材料中各组分质量分数，配制适用于针对不同变质程度煤种的自燃防火材料。

附图说明

图1为本发明的制备工艺流程图；

图2为本发明的测定煤自燃防火材料阻化效果装置示意图；

其中：1-氩气瓶；2-空气瓶；3-程序升温加热箱；4-氧化反应器；5-炉内温度探头；6-空气发生器；7-氢气发生器；8-气相色谱仪；9-显示系统。

具体实施方式

参照图1的流程制得本发明的一种无机盐-自由基淬火剂双重抑制煤自燃的阻化材料，通过图2所示装置来测定防火材料的阻化效果。

实施例1

（1）分别取50份氯化镁和70份氯化钙缓慢加入900份蒸馏水中，不断搅拌直至完全溶解，搅拌过程中会产生热量，静置将热量散去。

（2）将30份N,N-二苄基羟胺（DBHA）和50份2,6-二叔丁基-4-甲基苯酚（BHT）粉末，溶于50ml浓度为60-70%的乙醇溶液中，并搅拌均匀。

（3）将步骤1和步骤2制得的溶液进行混合，在混合液缓慢添加10份NaHCO₃，充分搅拌，使pH值保持在6-7之间。

（4）在制得的混合液中添加30份柠檬酸钠活性增强剂和10份十二烷基硫酸钠表面活性剂，充分搅拌，即可制得本发明所述的无机盐-自由基淬火剂双重抑制煤自燃的防火材料。

实施例2

（1）分别取60份氯化镁和40份氯化钙缓慢加入950份蒸馏水中，不断搅拌直至完全溶解，搅拌过程中会产生热量，静置将热量散去。

（2）将40份N,N-二苄基羟胺（DBHA）和30份2,6-二叔丁基-4-甲基苯酚（BHT）粉末，溶于50ml浓度为60-70%的乙醇溶液中，并搅拌均匀。

（3）将步骤1和步骤2制得的溶液进行混合，在混合液缓慢添加10份NaHCO₃，充分搅拌，使pH值保持在6-7之间。

（4）在制得的混合液中添加30份柠檬酸钠活性增强剂和20份十二烷基硫酸钠表面活性剂，充分搅拌，即可制得本发明所述的无机盐-自由基淬火剂双重抑制煤自燃的防火材料。

实施例3

（1）分别取50份氯化镁和50份氯化钙缓慢加入1000份蒸馏水中，不断搅拌直至完全溶解，搅拌过程中会产生热量，静置将热量散去。

（2）将50份N,N-二苄基羟胺（DBHA）和20份2,6-二叔丁基-4-甲基苯酚（BHT）粉末，溶于50ml浓度为60-70%的乙醇溶液中，并搅拌均匀。

（3）将步骤1和步骤2制得的溶液进行混合，在混合液缓慢添加8份NaHCO₃，充分搅拌，使pH值保持在6-7之间。

（4）在制得的混合液中添加20份柠檬酸钠活性增强剂和20份十二烷基硫酸钠表面活性剂，充分搅拌，即可制得本发明所述的无机盐-自由基淬火剂双重抑制煤自燃的防火材料。

制得的煤自燃防火材料通过煤程序升温氧化过程中CO的产生量作为指标，来测定煤自燃防火材料阻化效果，测定装置示意图如图2所示。将本发明制得的防火材料与煤样混合制得阻化煤样，阻化煤样与原煤样在程序升温氧化过程中放出CO量的比值即为防火材料的阻化率。计算得到不同浓度对应不同煤种的阻化率，如下表1：

表1实施案例中不同煤种自燃防火材料的阻化率

经过实验测定，得到不同变质程度煤种的防火材料最佳使用浓度配比，具体使用方法如下表2。

表2 不同变质程度煤种的本发明防火材料最佳使用配比参数

Claims (8)

1.一种无机盐-自由基淬火剂双重抑制煤自燃的防火材料，其特征在于：包括如下重量份数的组分：100~120份无机盐类、20~50份碳自由基捕获剂、20~50份氧自由基捕获剂、10~20份表面活性剂、20~30份活性增效剂、5~10份pH调节剂，900~1000份水。

2.根据权利要求1所述的一种无机盐-自由基淬火剂双重抑制煤自燃的防火材料，其特征在于：所述无机盐类包为氯化镁和氯化钙的混合物，其中，氯化镁的重量份数为40-60份，氯化钙的重量份数为40-70份。

3.根据权利要求1所述的一种无机盐-自由基淬火剂双重抑制煤自燃的防火材料，其特征在于：所述碳自由基捕获剂为N,N-二苄基羟胺。

4.根据权利要求1所述的一种无机盐-自由基淬火剂双重抑制煤自燃的防火材料，其特征在于：所述氧自由基捕获剂为2,6-二叔丁基-4-甲基苯酚。

5.根据权利要求1所述的一种无机盐-自由基淬火剂双重抑制煤自燃的防火材料，其特征在于：所述表面活性剂为十二烷基硫酸钠阴离子表面活性剂。

6.根据权利要求1所述的一种无机盐-自由基淬火剂双重抑制煤自燃的防火材料，其特征在于：所述活性增效剂为柠檬酸钠。

7.根据权利要求1所述的一种无机盐-自由基淬火剂双重抑制煤自燃的防火材料，其特征在于：所述pH调节剂为碳酸氢钠溶液。

8.一种如权利要求1-7任意一项无机盐-自由基淬火剂双重抑制煤自燃的防火材料的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：

第一步，按重量份数分别取氯化镁和氯化钙，先后缓慢加入水中，搅拌溶解，得到混合溶液A；

第二步，按重量份数分别取N,N-二苄基羟胺粉末和2,6-二叔丁基-4-甲基苯酚粉末，溶于50ml浓度为60-70%的乙醇溶液中，并搅拌均匀，得到混合溶液B；

第三步，将混合溶液A和混合溶液B混合，得到混合溶液C，向混合溶液C中缓慢加入NaHCO₃溶液，充分搅拌，使pH值保持在6-7之间，得到混合溶液D；

第四步，向混合溶液D中添加柠檬酸钠和十二烷基硫酸钠，搅拌混合均匀，得到无机盐-自由基淬火剂双重抑制煤自燃的防火材料。