CN111472831A - 一种防止煤炭自燃的生物阻化剂及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种防止煤炭自燃的生物阻化剂及其制备方法，属于煤矿井下防火材料及其制备领域。按照重量份计该生物阻化剂包括原料：好氧型微生物0.01～2份、载体90～99份；其中的载体由矿井污泥和辅助添加物组成，辅助添加物为农作物秸秆粉碎物、麸皮、米糠中的一种或几种组成。本发明首先将好氧型微生物培养至成熟期并制成休眠体，然后将矿井污泥与辅助添加物混合均匀得载体，再将经过预处理后的好氧型微生物与载体混合均匀，即得生物阻化剂。本发明制备得到的生物阻化剂能够有效降低煤矿采空区氧气浓度，并释放二氧化碳。同时，载体材料中的矿井污泥不仅能够为微生物提供适宜的生存环境，而且还是一种很好的灭火剂。

Description

一种防止煤炭自燃的生物阻化剂及其制备方法

技术领域

本发明涉及煤矿井下防火材料及其制备领域，具体涉及一种防止煤炭自燃的阻化剂及其制备方法。

背景技术

煤矿火灾是影响煤矿安全生产的重要灾害之一。对大量矿井的煤自燃火灾现场观测结果表明，火区封闭以后，由于无法有效地消除漏风通道，在内外压差的作用下，风流会由巷道壁进入采空区，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，无法有效使煤体处于绝氧状态。为防治煤炭自燃，我国从上世纪50年代开始就陆续采用灌浆、注惰性气体、注凝胶、注泡沫以及喷洒阻化剂等技术。在这些技术中，由于喷洒阻化剂防灭火效果较好，在防止煤炭自燃方面得到了广泛应用。目前，常用的阻化剂有物理阻化剂和化学阻化剂。物理阻化剂主要是一些卤盐类和铵盐类物质，这类物质吸湿性强，能够有效将水分锁住，但是不能从根本上解决煤自燃的隐患，煤中活性物质仍然存在，仍具有较高的自燃倾向性，而且随着时间的推移，阻化剂消耗殆尽、物理条件发生破坏，其阻化效果也逐渐消失。化学阻化剂主要有抗氧化类、凝胶类、高聚物类等，这类阻化剂主要是基于煤低温氧化动力学原理，利用了自由基在煤氧化自燃过程中的作用，通过引入抗氧化剂，捕获链式反应过程中产生的自由基，中断链式反应过程中链的传递，或者将煤中低温氧化的活性官能团进行惰化，使其生成稳定的结构，提高氧化反应的反应活化能，增加反应的难度，以此来抑制自燃倾向性高的煤发生氧化自燃。

如现有技术采用物理阻化剂、化学阻化剂的相关研究报道主要有：

申请号201810755870.8公开了一种物化协同煤炭阻化剂及其制备方法，其利用聚丙烯酸钠盐作为高吸水性树脂的吸水溶胀作用得到含水树脂胶体与稀土类水滑石共同作用作为物理阻化剂，由于高含水、强保水性能促使其具有吸热，降温作用，以及隔氧和阻止热传递的效果，有利于抑制煤氧反应。

申请号201810382839.4公开了一种基于氧化还原双重阻断的煤自燃智能复合阻化剂，由高分子共聚物、酮胺类防老剂和渗透剂通过优化筛选的特定比例复配而成，高分子共聚物是通过溶液聚合方法得到丙烯酸-丙烯酰胺-瓜儿胶共聚物，并疏水改性，得到二茂铁丁酰氯接枝改性的丙烯酸-丙烯酰胺-瓜儿胶共聚物。

上述现有技术中的阻化剂虽然可以从一定程度上抑制煤氧反应，但是上述阻化剂的制备复杂、生产成本高、且容易腐蚀井下设备和危害工人身心健康。因此，在煤炭防灭火领域亟需寻求一种制备简单、价格低廉、经济环保且具有持续效果的阻化剂。

发明内容

本发明所要解决的技术问题：解决现有技术无机/有机阻化剂所造成的对环境污染导致危害工作人员的身心健康这一技术问题。

为解决上述技术问题，本发明的目的之一在于提供一种防止煤炭自燃的生物阻化剂，其通过选用好氧型微生物，并将其与载体材料混合制备得到生物阻化剂，该阻化剂环保无污染且具有持续防止煤自燃的作用。

一种防止煤炭自燃的生物阻化剂，按照重量份计其包括以下原料：

好氧型微生物0.01～2份、载体90～99份；

上述的载体由矿井污泥和辅助添加物组成，上述的辅助添加物为农作物秸秆粉碎物、麸皮、米糠中的一种或几种组成。

上述方案直接带来的有益技术效果为：

本发明首次将好氧型微生物用于阻化剂中，在有氧气的条件下能够吸收氧气进行新陈代谢、不断增殖，并且释放二氧化碳；在氧气浓度低时，微生物能够以休眠体的状态存在，当环境中有一定氧气后会再次进行新陈代谢活动，且该类微生物对生长条件要求低，因此非常适宜将好氧型微生物置于煤矿采空区中，当采空区内氧气浓度较高时，微生物能够吸收氧气进行新陈代谢活动，并且释放二氧化碳；当氧气浓度较低时，好氧型微生物以休眠体的状态存在，一旦有一定的氧气，该休眠体会再次复苏进行新陈代谢活动。载体材料中的矿井污泥不仅能够锁住水分为微生物生长提供合适的环境，当采空区内温度较高时，还能释放水分降低温度。

作为本发明的一个优选方案，上述的载体中，矿井污泥的重量份数为80～90份，辅助添加物的总重量份数为10～20份。

进一步的，上述的矿井污泥的重量份数为85～90份，辅助添加物的总重量份数为15～20份。

进一步的，上述的好氧型微生物为酵母菌、华根霉、高大毛霉、白地霉、糖化菌、字佐美曲霉中的一种或几种。

进一步的，上述的好氧型微生物需要经过预处理，预处理步骤为：将好氧型微生物培养至成熟期，并制成休眠体。

本发明的另一目的在于提供一种防止煤炭自燃的生物阻化剂的制备方法，依次包括以下步骤：

a、预处理，将好氧型微生物培养至成熟期并制成休眠体；

b、按照重量份数分别准备好氧型微生物、矿井污泥和辅助添加物；

c、将矿井污泥与辅助添加物混合均匀得载体，再将经过预处理后的好氧型微生物与载体混合均匀，即得。

与现有技术相比，本发明带来了以下有益技术效果：

(1)生物阻化剂能够吸收采空区内的氧气，并释放二氧化碳，具有降低氧气浓度和惰化的双重效果；

(2)生物阻化剂中的好氧型微生物能够根据环境中的氧气浓度进行休眠和复苏，具有持续防止煤自燃的作用；

(3)生物阻化剂载体材料中的矿井污泥不仅能够为微生物新陈代谢提供水分，而且具有降低采空区温度的作用；同时污泥中含有丰富的水分，具有高效灭火作用。

(4)生物阻化剂载体材料中的辅助添加物不仅能够为微生物提供营养物质，还能够增加载体材料的透气性。

(5)生物阻化剂中的所用材料绿色、无污染，价格低廉，制备简单。

综上所述，本发明以好氧型微生物和矿井污泥作为原料来制备得到的生物阻化剂，其在持续防止煤自燃的同时还可以保护环境，安全无污染，非常适用于煤矿井下。

具体实施方式

本发明提出了一种防止煤炭自燃的生物阻化剂及其制备方法，为了使本发明的优点、技术方案更加清楚、明确，下面结合具体实施例对本发明做详细说明。

首先，本发明所选原料好氧型微生物可通过商业渠道购买获得。

本发明好氧型微生物如酵母菌、华根霉、高大毛霉、白地霉、糖化菌或字佐美曲霉中的一种或几种的混合物。

根据上述好氧型微生物的具体种类，可以有多种组合：

如好氧型微生物选用酵母菌；

好氧型微生物选用酵母菌和华根酶的混合物；

好氧型微生物选用酵母菌、华根酶、高大毛酶的混合物；

好氧型微生物选用酵母菌、华根酶、白地霉的混合物；

好氧型微生物选用高大毛霉、白地霉、糖化菌、字佐美曲霉的混合物。

本发明的辅助添加物为农作物秸秆粉碎物、麸皮、米糠中的一种或几种的混合物，如可以为单独的麸皮、米糠，可以为麸皮和米糠的混合物。

下面结合具体实施例对本发明的生物阻化剂的制备方法做详细说明。

实施例1：

好氧型微生物选用酵母菌，辅助添加物为麸皮。

阻化剂的制备方法为：

首先将培养至成熟期的酵母菌制成休眠体；

然后取重量份数为1:97的酵母菌和载体材料，其中载体材料中矿井污泥与辅助添加物的重量份数为90:10，混合均匀后加入酵母菌休眠体；

最后将生物阻化剂置于已知气体成分浓度的密闭容器中，且密闭容器中含有碎煤。

持续监测容器中气体的浓度，结果如表1所示。

实施例2：

好氧型微生物选用酵母菌和华根霉，辅助添加物为麸皮和农作物秸秆粉碎物。

阻化剂的制备方法为：

首先将培养至成熟期的酵母菌和华根霉制成休眠体；

然后取重量份数为0.5:98的细菌休眠体和载体材料，其中载体材料中矿井污泥与辅助添加物的重量份数为85:15，混合均匀后加入细菌休眠体；

最后将生物阻化剂置于已知气体成分浓度的密闭容器中，且密闭容器中含有碎煤。

持续监测容器中气体浓度，直至容器内氧气和二氧化碳浓度几乎不再变化。此时，人为将容器中的各气体浓度变为初始浓度，并继续监测。结果如表1所示。

实施例3：

好氧型微生物选用白地霉、糖化菌和字佐美曲霉，辅助添加物为麸皮、农作物秸秆粉碎物和米糠的混合物。

阻化剂的制备方法为：

首先将培养至成熟期的白地霉、糖化菌和字佐美曲霉制成休眠体；

然后取重量份数为1.5:96的细菌休眠体和载体材料，其中载体材料中矿井污泥与辅助添加物的重量份数为88:12，混合均匀后加入细菌休眠体；

最后将生物阻化剂置于已知气体成分浓度的密闭容器中，且密闭容器中含有碎煤。

持续监测容器中气体浓度，直至容器内氧气和二氧化碳浓度几乎不再变化。此时，人为将容器中的各气体浓度变为初始浓度，并继续监测。结果如表1所示。

由以上实施例可以看出，本发明中的生物阻化剂能够降低环境中的氧气浓度并提高二氧化碳浓度，且将环境中氧气浓度提高后，该生物阻化剂能够再次降低氧气浓度，由此可见，本发明中的生物阻化剂能够有效防止煤炭自燃。

表1各实施例中不同时间时容器中气体浓度

从表1可以得出，本发明生物阻化剂中的好氧型微生物能够根据环境中氧气浓度的不同进行休眠或者进行新陈代谢活动，从而达到持续防止煤炭自燃的目的。此外，本发明中的生物阻化剂经济环保、持续高效。

在上述实施例1-3的指引下，其它未列举的组合均可显而易见的实现。

需要说明的是，在本说明书的教导下本领域技术人员所做出的任何等同方式或明显变型方式均应在本发明的保护范围内。

Claims (6)

1.一种防止煤炭自燃的生物阻化剂，其特征在于，按照重量份计其包括以下原料：

好氧型微生物0.01～2份、载体90～99份；

所述的载体由矿井污泥和辅助添加物组成，所述的辅助添加物为农作物秸秆粉碎物、麸皮、米糠中的一种或几种组成。

2.根据权利要求1所述的一种防止煤炭自燃的生物阻化剂，其特征在于：所述的载体中，矿井污泥的重量份数为80～90份，辅助添加物的总重量份数为10～20份。

3.根据权利要求2所述的一种防止煤炭自燃的生物阻化剂，其特征在于：所述的矿井污泥的重量份数为85～90份，辅助添加物的总重量份数为15～20份。

4.根据权利要求1或2所述的一种防止煤炭自燃的生物阻化剂，其特征在于：所述的好氧型微生物为酵母菌、华根霉、高大毛霉、白地霉、糖化菌、字佐美曲霉中的一种或几种。

5.根据权利要求4所述的一种防止煤炭自燃的生物阻化剂，其特征在于：所述的好氧型微生物需要经过预处理，所述的预处理步骤为：将所述的好氧型微生物培养至成熟期，并制成休眠体。

6.根据权利要求1所述的一种防止煤炭自燃的生物阻化剂的制备方法，其特征在于，依次包括以下步骤：

a、预处理，将好氧型微生物培养至成熟期并制成休眠体；

b、按照重量份数分别准备好氧型微生物、矿井污泥和辅助添加物；

c、将矿井污泥与辅助添加物混合均匀得载体，再将经过预处理后的好氧型微生物与载体混合均匀，即得。