CN115192954A - 一种矿用三相泡沫防火体系及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种矿用三相泡沫防火体系及其制备方法，以质量百分数计，包括如下组分：发泡剂1～4％，稳泡剂1～4‰，增稠剂1～4‰，交联剂1～4％，软泥5～20％，其余为水；所述软泥为天然海泥或人工软泥中的至少一种；以质量百分数计，所述人工软泥包括如下组分：黏土20～25％、粉砂70～75％、砂1～5％和无机盐3～5％。本发明制备得到的三相泡沫体系在不同环境下针对采空区遗煤自燃拥有高效的防火能力和灭火能力，并且其制备方法简单，原料来源广泛，且对人体、环境没有毒害、纯天然绿色无污染，对煤炭储层伤害小，有利于煤矿环境的保护。
Description
技术领域
本发明涉及矿井热害防治领域，特别涉及矿用三相泡沫防火体系及其制备方法，可应用于防治煤的自燃。
背景技术
在煤矿开采进入深部后，开采环境发生剧烈变化，由于深井的地温较高、蓄热条件较好，从而使得煤炭易发生自燃，煤的自燃不仅会致使煤炭资源损失，也会引发井下火灾，从而严重威胁工人和设备的安全；因此，煤炭自燃防治对于保障煤炭资源安全高效开采具有重要意义。
目前，常用的煤炭自燃防治技术有矿用水基泡沫、阻化剂和三相泡沫体系发泡技术；矿用水基泡沫具有良好的流动性，能够有效覆盖煤体表面，但其泡沫存在时间短，当泡沫破裂之后无法起到抑制煤自燃的作用，存在煤炭复燃的危险性；阻化剂防火具有一定的时效性，但在防火过程中，阻化剂失水过多会变成煤体氧化的催化剂，存在严重的安全隐患；三相泡沫发泡体系的体积量大，单位体积的浆体材料成本低，具有显著的防灭火效果，但传统的三相泡沫体系的稳定性较差，不能长期封闭火区，且难以有效抑制煤的复燃；因此，为了解决上述问题，亟需提供一种泡沫稳定性好、防火时间长且能够防止煤复燃的三相泡沫防火体系。
发明内容
本发明提供了一种矿用三相泡沫防火体系及其制备方法，制备得到的三相泡沫体系具有泡沫稳定性好、防火时间长、绿色环保和有效防止煤复燃的优点。
第一方面，本发明提供了一种矿用三相泡沫防火体系，以质量百分数计，包括如下组分：发泡剂1～4％，稳泡剂1～4‰，增稠剂1～4‰，交联剂1～4％，软泥5～20％，其余为水；
所述软泥为天然海泥或人工软泥中的至少一种；
以质量百分数计，所述人工软泥包括如下组分：黏土20～25％、粉砂70～75％、砂1～5％和无机盐3～5％。
优选地，所述天然海泥为海底沉积物。
优选地，所述黏土的粒径为0.1～4μm；所述粉砂的粒径为4～63μm；所述砂的粒径为63～1000μm。
优选地，所述黏土包括伊利石、蒙皂石、高岭石和绿泥石；所述粉砂和所述砂均为石英砂；所述无机盐为氯化钠、氯化钾或氯化镁中的至少一种。
优选地，所述发泡剂为十二烷基硫酸钠或十二烷基苯磺酸钠中的至少一种。
优选地，所述稳泡剂为聚丙烯酰胺。
优选地，所述增稠剂为羧甲基纤维素钠、麦芽精糊、椰油酰胺丙基氧化胺、椰油酰两性基二乙酸二钠或聚己内酯中的至少一种。
优选地，所述交联剂为柠檬酸铝。
本发明第二方面提供了一种上述第一方面任一所述的矿用三相泡沫防火体系的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：
(1)制备软泥；获取天然海泥或制备人工软泥；
(2)将发泡剂、交联剂、稳泡剂和增稠剂加入水中搅拌混匀，得到水基溶液；
(3)将所述软泥加入所述水基溶液中搅拌混匀，得到泡沫基液；
(4)向所述泡沫基液中通入氮气或二氧化碳，搅拌发泡后得到所述矿用三相泡沫防火体系。
优选地，所述人工软泥通过如下步骤制备得到：
(i)将伊利石、蒙皂石、高岭石和绿泥石筛分后混合，得到黏土颗粒；
(ii)分别将石英砂进行筛分，得到粉砂颗粒和砂颗粒；
(iii)将所述黏土颗粒、粉砂颗粒、砂颗粒和无机盐混匀，得到所述人工软泥。
优选地，在步骤(2)、步骤(3)和步骤(4)中，反应体系的温度为10～40℃。
优选地，所述搅拌的转速为6000～10000r/min，所述搅拌的时间为3～5min。
优选地，所述矿用三相泡沫防火体系的泡沫特征值为45～95％。
本发明与现有技术相比至少具有如下有益效果：
(1)本发明采用软泥与发泡剂、交联剂、增稠剂和稳泡剂在氮气或二氧化碳气氛下制备三相泡沫体系，与传统三相泡沫体系相比，本发明中的软泥颗粒能够均匀的粘附在气泡的外壁上，能够增强泡沫液膜的稳定性，达到延长泡沫破裂时间的目的，进而保证泡沫长时间覆盖在煤体表面，从而达到了阻止遗煤自燃和高效灭火的目的；
(2)本发明中的将软泥引入三相泡沫体系中，软泥中富含无机盐颗粒，无机盐颗粒一方面能够与发泡剂相互配合，增强发泡剂的发泡性能；另一方面，无机盐颗粒能够保证发泡剂和增稠剂在较低浓度条件下提升泡沫液相的粘度，有效降低三相泡沫的流动性，减缓泡沫液膜的析水速度和液膜破裂的时间，从而进一步增强三相泡沫体系的稳定性；
(3)本发明中的三相泡沫体系在不同环境下针对采空区遗煤自燃拥有高效的防火能力和灭火能力，并且其制备方法简单，原料来源广泛，既可从自然界(海泥)获取又可人工配置，且对人体、环境没有毒害、纯天然绿色无污染，对煤炭储层伤害小，有利于煤矿环境的保护。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明提供了一种矿用三相泡沫防火体系，以质量百分数计，包括如下组分：发泡剂1～4％(例如，可以为1％、1.5％、2％、2.5％、3％、3.5％或4％)，稳泡剂1～4‰(例如，可以为1‰、1.5‰、2‰、2.5‰、3‰、3.5‰或4‰)，增稠剂1～4‰(例如，可以为1‰、1.5‰、2‰、2.5‰、3‰、3.5‰或4‰)，交联剂1～4％(例如，可以为1％、1.5％、2％、2.5％、3％、3.5％或4％)，软泥5～20％(例如，可以为5％、8％、10％、12％、14％、15％、16％、18％或20％)，其余为水；
所述软泥为天然海泥或人工软泥中的至少一种；
以质量百分数计，所述人工软泥包括如下组分：黏土20～25％(例如，可以为20％、21％、22％、23％、24％或25％)、粉砂70～75％(例如，可以为70％、71％、72％、73％、74％或75％)、砂1～5％(例如，可以为1％、2％、3％、4％或5％)和无机盐3～5％(例如，可以为3％、3.5％、4％、4.5％或5％)。
本发明采用软泥和发泡剂、增稠剂、稳泡剂和交联剂在惰性气体(氮气和二氧化碳)下制备得到了软泥-二氧化碳/氮气-凝胶泡沫三相防火体系，与传统的三相泡沫体系相比，本发明制备得到的三相泡沫防火体系能够兼具泡沫稳定性好、防火效果好、防火时间长、绿色环保且能够有效防止煤复燃的优点；本发明创造性的将软泥引入三相泡沫防火体系，软泥均匀致密的粘附在气泡的外壁上，不仅能够增加气泡的机械强度，不论在外界扰动还是机械振动下，能够防止泡沫破灭，增强凝胶泡沫的稳定性；而且软泥的存在能够增大水层流动的阻力，在气泡间隙处，固体可以堵塞水流通道，阻止水层流动，从而能够延缓三相泡沫液膜层的变薄，防止泡沫破裂；另外，固定的软泥颗粒覆盖在气泡表面，能够防止气泡之间合并，减缓惰性气体逸散的速度，延长泡沫的半衰期，从而进一步增强凝胶泡沫的稳定性。
本发明可以通过调控软泥的加入量，一方面能够控制三相泡沫防火体系的流动性，使其在煤体表面均匀分散，从而更好的实现灭火防火作用；另一方面软泥还能够控制凝胶泡沫在对应泡沫特征值下的稳定性，从而使得三相泡沫体系能够携带更多惰性气体，这些稳定的凝胶泡沫覆盖在煤层中能够更好的进行灭火，即便是泡沫发生破裂，其中的惰性气体和软泥颗粒等也能够进一步发挥防火灭火作用，从而有效防止煤体自燃；在本发明中，若软泥的添加量低于上述范围，不仅会对发泡过程中的发泡量产生不利影响，而且也会降低凝胶泡沫的稳定性；当然软泥的添加量也并非越高越好，当软泥的添加量高于上述范围，发泡倍数和发泡体积会明显下降；因此，本发明将软泥的添加量控制在上述范围内，能够保证最终三相泡沫防火体系的防火性能最佳。经本发明证实，与现有的三相泡沫体系相比，本发明中的三相泡沫防火体系的泡沫稳定性好，能够长时间覆盖在煤体之上隔绝氧气，防火时间长，能够有效抑制煤的复燃。
根据一些优选的实施方式，所述天然海泥为海底沉积物。需要说明的是，在本发明中，天然海泥为海泥沉积物，海泥沉积物与人工软泥成分组成类似，包括粒径不同的黏土、粉砂和砂，本发明中的海泥沉积物可以取自任意的海域。
根据一些优选的实施方式，所述黏土的粒径为0.1～4μm(例如，可以为0.1μm、0.5μm、1μm、1.5μm、2μm、2.5μm、3μm、3.5μm或4μm)；所述粉砂的粒径为4～63μm(例如，可以为4μm、8μm、10μm、20μm、30μm、40μm、50μm、60μm或63μm)；所述砂的粒径为63～1000μm(例如，可以为63μm、100μm、200μm、300μm、500μm、700μm、900μm或1000μm)。本发明中通过将人工软泥中各成分的粒径分别设置在上述范围内，如此更有利于增强三相泡沫防火体系中凝胶泡沫的稳定性，进而增强三相泡沫体系的防火能力；当各个成分的粒径低于或高于上述范围时，均会对最终制备得到的三相泡沫体系的发泡性能、泡沫稳定性和防火性能产生不利影响。
根据一些优选的实施方式，所述黏土包括伊利石、蒙皂石、高岭石和绿泥石；所述粉砂和所述砂均为石英砂；所述无机盐为氯化钠、氯化钾或氯化镁中的至少一种。在本发明中，黏土可以由60％的伊利石，10％的蒙皂石、10％的高岭石和20％的绿泥石混合而成，也可以包含一些微量物质，黏土的存在能够赋予人工软泥一定的粘性，使其能够粘附在气泡壁上，增强三相泡沫防火体系的防火性能；粉砂和砂的主要成分均为石英砂，因石英砂的主要成分为二氧化硅其状态稳定且耐高温，从而使人工软泥具备一定的耐高温性能；本发明还在黏土、粉砂和砂中添加了一定量的无机盐颗粒，无机盐是天然的物理阻化剂，其在灭火过程中不仅能够抑制煤的氧化，提高灭火的效率；并且能够与发泡剂相互配合，促进发泡剂的表面活性；若无机盐的添加量低于本发明中的范围，则会降低三相泡沫防火体系的防/灭火性能，若无机盐的添加量高于本发明中的范围，则会对表面活性剂的发泡性能产生不利影响；本发明人工软泥中的黏土、粉砂、砂和无机盐之间相互协同配合，并与发泡剂、增稠剂和稳泡剂之间相互作用，不仅能够增加气泡的机械强度，使凝胶泡沫更加稳定灭火效果更好，而且能够长期封闭火区，有效防止煤的复燃。
根据一些优选的实施方式，所述发泡剂为十二烷基硫酸钠或十二烷基苯磺酸钠中的至少一种。需要说明的是，至少一种即为任意一种或任意几种以任意比例混合的混合物，本发明中的发泡剂与软泥之间能够表现出一定的协同作用，软泥中的无机盐颗粒不仅能够促进发泡剂的表面活性，增强发泡能力；而且软泥中的黏土、粉砂和砂颗粒能够增强凝胶泡沫的机械强度，提高凝胶泡沫的稳定性。
根据一些优选的实施方式，所述稳泡剂为聚丙烯酰胺。
根据一些优选的实施方式，所述增稠剂为羧甲基纤维素钠、麦芽精糊、椰油酰胺丙基氧化胺、椰油酰两性基二乙酸二钠或聚己内酯中的至少一种；本发明中优选为羧甲基纤维素钠。
根据一些优选的实施方式，所述交联剂为柠檬酸铝。
本发明中，增稠剂能够提高体系的黏度，使其保持均匀稳定的悬浮状态或乳浊状态，或形成凝胶；交联剂和稳泡剂能够起到增强泡沫骨架的作用，即便外部泡沫发生破裂其依旧能维持骨架，从而更好的保护内部泡沫，延长泡沫的防火时间。本发明中的稳泡剂、交联剂和软泥之间相互配合，使形成的三相凝胶泡沫有骨架支撑，即便是表面层的泡沫发生破裂，但整个骨架仍然存在，因此能够对内部的泡沫起到很好的保护作用，从而极大延缓内部泡沫的破裂速度；同时由软泥颗粒、稳泡剂和交联剂形成的硬骨架还能增大三相泡沫体系的热阻力，使其在较高温度下仍然能防止液相水分的蒸发和气泡内气体的扩散，即使在灭火过程中泡沫发生破裂，软泥颗粒仍然可以很好的覆盖在采空区燃煤表面之上，起到隔绝氧气、增强灭火性能的效果。
本发明还提供了一种上述任一所述的矿用三相泡沫防火体系的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：
(1)制备软泥；获取天然海泥或制备人工软泥；
(2)将发泡剂、交联剂、稳泡剂和增稠剂加入水中搅拌混匀，得到水基溶液；
(3)将所述软泥加入所述水基溶液中搅拌混匀，得到泡沫基液；
(4)向所述泡沫基液中通入氮气或二氧化碳，搅拌发泡后得到所述矿用三相泡沫防火体系。
根据一些优选的实施方式，所述人工软泥通过如下步骤制备得到：
(i)将伊利石、蒙皂石、高岭石和绿泥石筛分后混合，得到黏土颗粒；
(ii)分别将石英砂进行筛分，得到粉砂颗粒和砂颗粒；
(iii)将所述黏土颗粒、粉砂颗粒、砂颗粒和无机盐混匀，得到所述人工软泥。
根据一些优选的实施方式，在步骤(2)、步骤(3)和步骤(4)中，反应体系的温度为10～40℃(例如，可以为10℃、15℃、20℃、25℃、30℃、35℃或40℃)；在本发明中，反应体系的温度会影响发泡过程中泡沫的粘性，进而影响发泡的性能，若反应体系的温度高于上述范围，则会导致溶液的发泡倍数下降；若反应体系的温度低于上述范围，则会使得发泡过程中泡沫的粘性降低，不利于形成凝胶泡沫。
根据一些优选的实施方式，所述搅拌的转速为6000～10000r/min(例如，可以为6000r/min、7000r/min、8000r/min、9000r/min或10000r/min)，所述搅拌的时间为3～5min(例如，可以为3min、3.5min、4min、4.5min或5min)。在本发明中，优选为采用WaringBlender方法进行搅拌，如此更有利于高效地将软泥颗粒均匀地分散到整个泡沫体系中，从而增强三相泡沫防火体系的灭火效率和防火时间。
根据一些优选的实施方式，所述矿用三相泡沫防火体系的泡沫特征值为45％～95％(例如，可以为45％、50％、60％、70％、80％、90％或95％)；在本发明中，泡沫特征值是泡沫气相占总体积的百分比。
为了更加清楚地说明本发明的技术方案及优点，下面通过几个实施例对一种矿用三相泡沫防火体系及其制备方法进行详细说明。
实施例1：
(1)制备人工软泥；
(i)将伊利石、蒙皂石、高岭石和绿泥石用网筛筛分至3.5μm，并将其按比例进行混合，得到黏土颗粒；其中，以质量百分数计，伊利石60％、蒙皂石10％、高岭石10％、绿泥石20％；
(ii)分别将石英砂筛分至50μm和100μm，得到粉砂颗粒和砂颗粒；
(iii)将黏土颗粒、粉砂颗粒、砂颗粒和无机盐(氯化钠)按比例混匀，得到人工软泥；其中，黏土颗粒21％、粉砂颗粒70％、砂颗粒5％、无机盐4％。
(2)在20℃下，按照配比将3％的发泡剂(十二烷基硫酸钠)、3％的交联剂(柠檬酸铝)、4‰的稳泡剂(聚丙烯酰胺)和4‰增稠剂(羧甲基纤维素钠)加入78.2％的水中搅拌混匀，得到水基溶液；其中，搅拌的转速为6000r/min，搅拌的时间为3min；
(3)在25℃下，将15％的人工软泥加入水基溶液中搅拌混匀，得到泡沫基液；其中，搅拌的转速为6000r/min，搅拌的时间为3min；
(4)在25℃下，向泡沫基液中通入氮气，采用WaringBlender方法在转速8000r/min下搅拌发泡4min，得到矿用三相泡沫防火体系；其中泡沫特征值为60％。
实施例2：
(1)制备人工软泥；
(i)将伊利石、蒙皂石、高岭石和绿泥石用网筛筛分至1μm，并将其按比例进行混合，得到黏土颗粒；其中，以质量百分数计，伊利石60％、蒙皂石10％、高岭石10％、绿泥石20％；
(ii)分别将石英砂筛分至4μm和63μm，得到粉砂颗粒和砂颗粒；
(iii)将黏土颗粒、粉砂颗粒、砂颗粒和无机盐(氯化钠和氯化钾)按比例混匀，得到人工软泥；其中，黏土颗粒24％、粉砂颗粒70％、砂颗粒3％、无机盐3％。
(2)在25℃下，按照配比将1％的发泡剂(十二烷基硫酸钠)、1％的交联剂(柠檬酸铝)、3‰的稳泡剂(聚丙烯酰胺)和3‰增稠剂(羧甲基纤维素钠)加入93.4％的水中搅拌混匀，得到水基溶液；其中，搅拌的转速为7000r/min，搅拌的时间为3min；
(3)在28℃下，将5％的人工软泥加入水基溶液中搅拌混匀，得到泡沫基液；其中，搅拌的转速为7000r/min，搅拌的时间为3min；
(4)在28℃下，向泡沫基液中通入氮气，采用WaringBlender方法在转速9000r/min下搅拌发泡4min，得到矿用三相泡沫防火体系；其中泡沫特征值为50％。
实施例3：
(1)制备人工软泥；
(i)将伊利石、蒙皂石、高岭石和绿泥石用网筛筛分至4μm，并将其按比例进行混合，得到黏土颗粒；其中，以质量百分数计，伊利石60％、蒙皂石10％、高岭石10％、绿泥石20％；
(ii)分别将石英砂筛分至63μm和500μm，得到粉砂颗粒和砂颗粒；
(iii)将黏土颗粒、粉砂颗粒、砂颗粒和无机盐(氯化镁)按比例混匀，得到人工软泥；其中，黏土颗粒20％、粉砂颗粒74％、砂颗粒1％、无机盐5％。
(2)在25℃下，按照配比将4％的发泡剂(十二烷基苯磺酸钠)、4％的交联剂(柠檬酸铝)、4‰的稳泡剂(聚丙烯酰胺)和4‰增稠剂(羧甲基纤维素钠)加入71.2％的水中搅拌混匀，得到水基溶液；其中，搅拌的转速为7000r/min，搅拌的时间为3min；
(3)在30℃下，将20％的人工软泥加入水基溶液中搅拌混匀，得到泡沫基液；其中，搅拌的转速为7000r/min，搅拌的时间为3min；
(4)在30℃下，向泡沫基液中通入二氧化碳，采用WaringBlender方法在转速9000r/min下搅拌发泡5min，得到矿用三相泡沫防火体系；其中泡沫特征值为90％。
实施例4：
实施例4与实施例1基本相同，不同之处在于：在步骤(2)中，水的添加量为83.2％；在步骤(3)中，人工软泥的添加量为10％。
实施例5：
实施例5与实施例1基本相同，不同之处在于：在步骤(1)中和步骤(3)中，人工软泥替换为天然海泥；天然海泥取自南海神狐海域。
对比例1：
对比例1与实施例1基本相同，不同之处在于：在步骤(3)中，人工软泥的添加量为4％。
对比例2：
对比例2与实施例1基本相同，不同之处在于：在步骤(3)中，人工软泥的添加量为22％。
对比例3：
对比例3与实施例1基本相同，不同之处在于：在步骤(iii)中，人工软泥中不包含无机盐，黏土颗粒25％、粉砂颗粒70％、砂颗粒5％。
对比例4：
对比例4与实施例1基本相同，不同之处在于：去掉步骤(1)和步骤(3)，即在20℃下，按照配比将3％的发泡剂(十二烷基硫酸钠)、3％的交联剂(柠檬酸铝)、4‰的稳泡剂(聚丙烯酰胺)和4‰增稠剂(羧甲基纤维素钠)加入93.2％的水中搅拌混匀，得到水基溶液；其中，搅拌的转速为6000r/min，搅拌的时间为3min；在25℃下，向泡沫基液中通入氮气，采用WaringBlender方法在转速8000r/min下搅拌发泡4min，得到矿用两相泡沫防火体系。
对比例5：
对比例5与实施例1基本相同，不同之处在于：去掉步骤(1)，并将步骤(3)中的人工软泥替换为相同质量的黄泥。
将本发明实施例和对比例中制备的三相泡沫体系分别进行发泡性能、泡沫稳定性和泡沫防火性能测试，具体测试结果分别如表1、表2和表3所示：
发泡性能测试：分别取实施例和对比例中100mL泡沫基液加入至带有刻度的量杯中，向泡沫基液中通入氮气，采用WaringBlender方法以恒定转速(6000～10000r/min)下搅拌发泡3min，并记录产生的泡沫体积，即为发泡体积，泡沫体积与泡沫基液体积的比值则为发泡倍数；并记录从泡沫中分离出原溶液体积的一半所需的时间即为析液半衰期；
泡沫稳定性测试：分别取实施例和对比例中100mL泡沫基液加入至带有刻度的量杯中，按照步骤(4)中的方法使其发泡至相同的体积(300mL)，分别记录泡沫在40℃、60℃、80℃、100℃和120℃下泡沫体积变为一半(150mL)的时间，即为泡沫的稳定性。
泡沫阻燃性能测试：
a.将新鲜煤样研磨并筛选至40～60目煤粉颗粒，将其置于40℃的真空干燥箱中干燥12h后，进行真空保存；
b.取40g干燥后的煤粉分为6份，其中一份煤粉不做处理，为对照组；将其他几份煤粉分别与4g实施例和4g对比例中制备得到的泡沫体系进行混合并干燥；
c.将步骤b中的原煤粉和混合煤粉放入煤自燃模拟装置内，并铺上一层石棉，防止煤粉进入管道；
d.连接实验所需的耐高温热电偶，并拧紧煤样反应釜，检查整体气路气密性，调试自动进气装置，对气体流量进行校准；
e.设置气体进气流速为100mL/min，模拟煤自燃加热箱升温速率为0.8℃/min，程序升温和试验记录温度范围为40℃～220℃，系统每30s自动记录温度数据；
f.加热过程中每升温10℃进行一次气体收集和成分浓度分析(O2)。
表1
| 实施例 | 发泡倍数 | 析液半衰期/min | 泡沫高度/mL |
| 实施例1 | 4.87 | 38 | 487 |
| 实施例2 | 5.42 | 29 | 542 |
| 实施例3 | 4.60 | 41 | 460 |
| 实施例4 | 5.07 | 35 | 507 |
| 实施例5 | 4.85 | 36 | 485 |
| 对比例1 | 5.64 | 26 | 564 |
| 对比例2 | 4.00 | 42 | 400 |
| 对比例3 | 4.20 | 35 | 420 |
| 对比例4 | 6.17 | 18 | 617 |
| 对比例5 | 4.76 | 30 | 476 |
表2
表3
由表1、表2和表3中数据可知，与对比例相比，本发明实施例1至5中制备得到的三相泡沫防火体系的泡沫发泡性能较好，且稳定性较高，不易发生破裂；采用实施例1至4中的三相泡沫防火体系应用于煤的防火性能测试时，与对比例相比，实施例中残气中氧气浓度较高，说明参与反应的氧气含量较少，三相泡沫防火体系的防火性能较好，这是由于本发明实施例中的泡沫稳定性高，能够长时间覆盖在煤体表面隔绝氧气；即便泡沫发生破裂，软泥颗粒仍然可以很好的覆盖在采空区燃煤表面之上，起到隔绝氧气、增强灭火性能的效果；而在对比例1中，当人工软泥的添加量低于本发明范围时，虽然泡沫的发泡体积有部分上升，但是泡沫的稳定性却显著下降，最终防火性能也相应变差；在对比例2中，当人工软泥的添加量高于本发明范围时，虽然能够在一定程度上提升泡沫的稳定性，但稳定性提升效果不大，不仅会造成成本增加，且会导致发泡的体积出现明显下降；在对比例3中，在人工软泥中不添加无机盐时，由表中可知，不仅会导致最终制得的三相泡沫体系的发泡性能下降，也会相应的降低三相泡沫防火体系的防火效果；在对比例4中得到的是两相泡沫防火体系，由于缺少固相泡沫的稳定性大幅下降，析液半衰期也大幅缩短。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (10)
1.一种矿用三相泡沫防火体系，其特征在于，以质量百分数计，包括如下组分：发泡剂1～4％，稳泡剂1～4‰，增稠剂1～4‰，交联剂1～4％，软泥5～20％，其余为水；
所述软泥为天然海泥或人工软泥中的至少一种；
以质量百分数计，所述人工软泥包括如下组分：黏土20～25％、粉砂70～75％、砂1～5％和无机盐3～5％。
2.根据权利要求1所述的矿用三相泡沫防火体系，其特征在于：
所述天然海泥为海底沉积物。
3.根据权利要求1所述的矿用三相泡沫防火体系，其特征在于：
所述黏土的粒径为0.1～4μm；所述粉砂的粒径为4～63μm；所述砂的粒径为63～1000μm；和/或
所述黏土包括伊利石、蒙皂石、高岭石和绿泥石；所述粉砂和所述砂均为石英砂；所述无机盐为氯化钠、氯化钾或氯化镁中的至少一种。
4.根据权利要求1所述的矿用三相泡沫防火体系，其特征在于：
所述发泡剂为十二烷基硫酸钠或十二烷基苯磺酸钠中的至少一种；和/或
所述稳泡剂为聚丙烯酰胺。
5.根据权利要求1所述的矿用三相泡沫防火体系，其特征在于：
所述增稠剂为羧甲基纤维素钠、麦芽精糊、椰油酰胺丙基氧化胺、椰油酰两性基二乙酸二钠或聚己内酯中的至少一种；和/或
所述交联剂为柠檬酸铝。
6.根据权利要求1至5任一项所述的矿用三相泡沫防火体系的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：
(1)制备软泥；获取天然海泥或制备人工软泥；
(2)将发泡剂、交联剂、稳泡剂和增稠剂加入水中搅拌混匀，得到水基溶液；
(3)将所述软泥加入所述水基溶液中搅拌混匀，得到泡沫基液；
(4)向所述泡沫基液中通入氮气或二氧化碳，搅拌发泡后得到所述矿用三相泡沫防火体系。
7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于：
所述人工软泥通过如下步骤制备得到：
(i)将伊利石、蒙皂石、高岭石和绿泥石筛分后混合，得到黏土颗粒；
(ii)将石英砂进行筛分，得到粉砂颗粒和砂颗粒；
(iii)将所述黏土颗粒、粉砂颗粒、砂颗粒和无机盐混匀，得到所述人工软泥。
8.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于：
在步骤(2)、步骤(3)和步骤(4)中，搅拌的温度为10～40℃。
9.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于：
所述搅拌的转速为6000～10000r/min，所述搅拌的时间为3～5min。
10.根据权利要求6至9中任一项所述的制备方法，其特征在于：
所述矿用三相泡沫防火体系的泡沫特征值为45～95％。
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