CN111287786A - 一种温敏爆裂胞衣阻化剂及其制备方法 - Google Patents

Abstract

一种温敏爆裂胞衣阻化剂及其制备方法，属于煤矿采空区安全防治技术领域，可解决现有阻化剂存在寿命短、稳定性差、具有强腐蚀性等缺点，并且温敏胞衣阻化剂存在制作工艺较为复杂的缺点，首先在胞衣外壳上打入钻孔，从钻孔处注入反应物A和阻化剂的混合溶液，再加入用石蜡包裹着反应物B的小球，最后用融化的粘性塑料封孔。当煤矿采空区温度升到煤的临界温度时，胞衣球体内部的石蜡融化，发生反应，生成二氧化碳气体和盐溶液，生成的盐溶液溶液为阻化剂溶液；生成的二氧化碳气体增大球体内部压强，冲破球壳，完全释放出阻化剂溶液，并且该气体为惰性气体，降低氧气的浓度，抑制煤自燃。本发明结构简单易操作，可高效的生产加工胞衣阻化剂。

Description

一种温敏爆裂胞衣阻化剂及其制备方法

技术领域

本发明属于煤矿采空区安全防治技术领域，具体涉及一种温敏爆裂胞衣阻化剂及其制备方法。

背景技术

煤炭是我国能源的主体部分，目前占我国一次能源生产和消费结构的70%～75%，预计到2050年，煤炭所占的比例不可能低于 50%。我国煤炭开采以井工开采为主，其产量占煤炭总产量的97%，这也是导致我国煤矿企事业单位数量和煤炭生产总量较大的主要原因。煤炭产业的安全、稳定、高效发展对我国能源产业的发展至关重要。我国的煤矿事故是世界上主要采煤国家煤矿死亡总人数的4 倍以上，是世界上煤矿事故最严重的国家之一。所以，煤矿安全生产面临的形势非常严峻。其中采空区的存在极大的造成煤炭资源的浪费，以及诱发的煤尘、瓦斯爆炸事故和严重的环境污染等危害，威胁着人们的生命财产安全。所以煤层自燃火灾成为制约我国煤矿安全生产与发展的主要因素之一。目前，我国煤矿火灾形势还十分严峻，对煤矿的防灭火技术研究和应用就显得尤为重要。防止煤炭自燃的原理是消除煤氧化现象的发生或消除煤氧化过程中热量的聚集。煤炭自燃防治通常采用预防性灌浆技术、注入氮气技术、注凝胶和复合胶体、以及使用阻化剂等防灭火技术。

阻化剂防治煤自燃技术是目前常用的防灭火技术，阻化剂防治煤自燃技术是目前常用的防灭火技术。

发明内容

本发明针对现有阻化剂存在寿命短、稳定性差、具有强腐蚀性等缺点，并且温敏胞衣阻化剂存在制作工艺较为复杂的缺点；提供一种温敏爆裂胞衣阻化剂及其制备方法，本发明提出了新型胞衣阻化剂气体膨胀炸裂技术，只打一个钻孔可以减少工艺步骤，强度也较之前也有显著提高，并且可以使阻化剂覆盖范围较广，阻化剂分散均匀，防止热量的积聚，一定厚度的新型胞衣阻化剂可以充分阻止煤自燃。

本发明采用如下技术方案：

一种温敏爆裂胞衣阻化剂，包括胞衣阻化剂外壳和位于胞衣阻化剂外壳内的胞衣阻化剂材料，所述胞衣阻化剂外壳包括醋酸纤维素，所述胞衣阻化剂材料包括质量分数为99%的混合溶液A和质量分数为1%的反应物B，其中，混合溶液A包括质量分数为39%的盐酸与质量分数为60%的氯化镁的混合溶液或质量分数为39%的硫酸铝与质量分数为60%的氯化镁的混合溶液，反应物B包括碳酸氢钠，所述碳酸氢钠通过石蜡包裹。

所述盐酸的质量浓度为3-5%，氯化镁的质量浓度为10-20%，质量为4-6g，碳酸氢钠的质量为1-2g。

所述硫酸铝的浓度为2.5-3.5g/ml，氯化镁的质量浓度为10-20%，质量为4-6g，碳酸氢钠的质量为1-2g。

一种温敏爆裂胞衣阻化剂的制备方法，包括如下步骤：

第一步，分别配制盐酸溶液和氯化镁溶液的混合溶液A或硫酸铝溶液和氯化镁溶液的混合溶液A；

第二步，将石蜡包裹在碳酸氢钠的表面，制成包裹着碳酸氢钠固体的石蜡小球；

第三步，制作直径为4cm的醋酸纤维小球，并在球壳上打一个直径为2-3mm的孔（保证小孔直径与球壳直径比不超过0.075）；

第四步，将混合溶液A和石蜡包裹着碳酸氢钠固体的小球从孔中放入醋酸纤维小球中，并用融化的粘性塑料封孔。

本发明利用两种物质反应的原理，生成惰性气体和具有阻化效果的盐溶液，气体撑开胞衣外壳释放出阻化剂溶液，并且惰性气体本身可以降低氧气浓度，起到阻化作用。当煤矿采空区温度升到煤的临界温度时，胞衣球体内部的石蜡融化，释放出碳酸氢钠，遇硫酸铝或者盐酸发生反应，生成二氧化碳气体和盐溶液，生成的盐溶液溶液为阻化剂溶液；生成的二氧化碳气体增大球体内部压强，冲破球壳，完全释放出阻化剂溶液，并且该气体为惰性气体，降低氧气的浓度，抑制煤自燃。

本发明的有益效果如下：

1. 本发明的胞衣阻化剂外壳选用绿色环保的醋酸纤维素为材料。醋酸纤维素具有选择性高、透水量大、加工简单等特点。醋酸纤维素的优点有：熔点（℃）：230~300℃；属于较高的熔点；无毒、无害长期和皮肤接触不过敏；自燃性：不自燃；易于降解。

2. 本发明提出了温敏爆裂胞衣阻化剂气体膨胀炸裂的释放技术，详细阐述了该技术防治煤自燃的作用机理，两反应物反应生成惰性气体是胞衣炸裂释放出阻化剂溶液，惰性气体降低氧气浓度，以此防治煤自燃。该技术克服了传统防灭火阻化剂易失效的缺点，将阻化剂溶液由醋酸纤维素小球包裹，在生成气体球内压强变大的情况下才会释放出阻化剂，对阻化剂保存较为完好；另外反应将生成大量惰性气体，降低煤矿采空区氧气浓度，起到很好的抑制作用；而且能够有效克服温敏胞衣阻化剂的缺点，可以简化制作工艺，并且增大了胞衣强度；本发明将阻化剂释放较为完全，结构简单易操作，可高效的生产加工新型胞衣阻化剂。

具体实施方式

实施例1

使用直径为4cm的醋酸纤维素小球，当压强在0.8MPa时一定可以使醋酸纤维素球壳破裂释放出阻化剂，可计算得需要的碳酸氢钠固体的质量为1-2g，质量分数为3-5%的稀盐酸溶液，在此配置比下进行反应；计算得此时阻化剂溶液浓度不够，需在加入4-6g的氯化镁，保证阻化剂溶液的浓度为15-20%之间。

反应原理如下：

。

步骤1，制作阻化剂溶液：配制质量分数为4%的稀盐酸与质量分数15%氯化镁的混合溶液。

步骤2，制作用石蜡包裹着碳酸氢钠固体的小球：称取1.5g的碳酸氢钠粉末，将石蜡包裹在碳酸氢钠的表面，制成包裹着碳酸氢铵固体的石蜡小球。

步骤3，制作直径为4cm的醋酸纤维素小球，并在球壳上打一个直径约为为2.5mm的小孔。

步骤4，将混合溶液和用石蜡包裹着碳酸氢钠固体的小球从小孔中放入，并用融化的粘性塑料封孔，完成制作。

步骤5，将制作好的温敏爆裂胞衣阻化剂均匀的撒在煤层采空区内，形成一定厚度的胞衣阻化剂隔层，起到充分的阻化作用。

实施例2

使用直径为4cm的醋酸纤维素小球，在压强为0.8MPa下一定可以使醋酸纤维素球壳破裂释放出阻化剂，可计算得需要的碳酸氢钠固体的质量为1-2g，硫酸铝以2.5-3.5g/100ml配置成为溶液，在此配置比下进行反应；计算得此时阻化剂溶液浓度不够，需在加入4-6g的氯化镁，保证阻化剂溶液的浓度为15-20%之间。

反应原理如下：

。

步骤1，制作阻化剂溶液：配制3.5g/100ml的硫酸铝与质量分数为15%氯化镁的混合溶液。

步骤2，制作用石蜡包裹着碳酸氢钠固体的小球：称取1.5g的碳酸氢钠粉末，将石蜡包裹在碳酸氢钠的表面，制成包裹着碳酸氢铵固体的石蜡小球。

步骤3，制作直径为4cm的醋酸纤维素小球，并在球壳上打一个直径约为为2.5mm的小孔。

步骤4，将混合溶液和用石蜡包裹着碳酸氢钠固体的小球从小孔中放入，并用融化的粘性塑料封孔，完成制作。

步骤5，将制作好的温敏爆裂胞衣阻化剂均匀的撒在煤层采空区内，形成一定厚度的胞衣阻化剂隔层，起到充分的阻化作用。

Claims (4)

1.一种温敏爆裂胞衣阻化剂，其特征在于：包括胞衣阻化剂外壳和位于胞衣阻化剂外壳内的胞衣阻化剂材料，所述胞衣阻化剂外壳包括醋酸纤维素，所述胞衣阻化剂材料包括质量分数为99%的混合溶液A和质量分数为1%的反应物B，其中，混合溶液A包括质量分数为39%的盐酸与质量分数为60%的氯化镁的混合溶液或质量分数为39%的硫酸铝与质量分数为60%的氯化镁的混合溶液，反应物B包括碳酸氢钠，所述碳酸氢钠通过石蜡包裹。

2.根据权利要求1所述的一种温敏爆裂胞衣阻化剂，其特征在于：所述盐酸的质量浓度为3-5%，氯化镁的质量浓度为10-20%，质量为4-6g，碳酸氢钠的质量为1-2g。

3.根据权利要求1所述的一种温敏爆裂胞衣阻化剂，其特征在于：所述硫酸铝的浓度为2.5-3.5g/ml，氯化镁的质量浓度为10-20%，质量为4-6g，碳酸氢钠的质量为1-2g。

4.一种如权利要求1-3任意一项所述的温敏爆裂胞衣阻化剂的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：

第一步，分别配制盐酸溶液和氯化镁溶液的混合溶液A或硫酸铝溶液和氯化镁溶液的混合溶液A；

第二步，将石蜡包裹在碳酸氢钠的表面，制成包裹着碳酸氢钠固体的石蜡小球；

第三步，制作直径为4cm的醋酸纤维小球，并在球壳上打一个直径为2-3mm的孔；

第四步，将混合溶液A和石蜡包裹着碳酸氢钠固体的小球从孔中放入醋酸纤维小球中，并用融化的粘性塑料封孔。