專利名稱：一種防止煤炭自燃的復(fù)合膠體的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于煤礦的防滅火材料，特別涉及一種以硅藻土為主要成分防止煤炭自燃的防滅火復(fù)合膠體。
背景技術(shù)：
我國煤礦領(lǐng)域條件復(fù)雜、環(huán)境惡劣，每年各種事故都會給國家造成巨大的經(jīng)濟和財產(chǎn)損失，其中，煤炭自燃就是一個普遍現(xiàn)象。在我國，自燃發(fā)火的礦井范圍廣、數(shù)量多，嚴重威脅著礦井和礦工的人身安全。據(jù)統(tǒng)計，我國北方7省煤層露頭火區(qū)面積達720km2，已累計燒毀煤量42億t，目前仍以每年燒毀5000 6000萬t煤的速度發(fā)展。而礦井煤層自燃火災(zāi)也十分嚴重，50%以上的國有重點煤礦存在自燃發(fā)火危險，特厚煤層開采尤為嚴重。煤層發(fā)生自燃時，在高溫下分解及氧化釋放出大量有毒有害氣體，同時，高溫促使煤層中所含瓦斯釋放，有可能引起瓦斯爆炸，因此煤層自燃有極大的危害性，必須快速、徹底的撲滅。但是，煤層火災(zāi)不同于其它類型的火災(zāi)，有其自身固有的特點，例如火源點隱蔽， 通常相對位置較高，呈立體分布；松散煤體蓄熱性好，熱量不易散失；能低溫貧氧氧化，且溫度越高反應(yīng)速度越快，放熱量越多；由溫差產(chǎn)生氣體熱流循環(huán)，自燃對流自供氧等。根據(jù)以上煤層自燃的特點，煤層自燃防滅火技術(shù)應(yīng)具有下列特點1、降低煤體內(nèi)部溫度，提高反應(yīng)活化能；2、減少或隔絕流經(jīng)松散煤體的氧含量；3、具有一定的耐溫性能，不易產(chǎn)生高溫氣流加熱周圍松散煤體等。目前的注水、灌漿、注阻化劑、注惰氣等僅具有其中的一種或兩種特性，故撲滅煤層火災(zāi)時具有一定的局限性。膠體防滅火技術(shù)是20世紀90年代在我國廣泛應(yīng)用的新型煤層防滅火技術(shù)，其成膠前具有良好的流動性，便于管網(wǎng)大流量、遠距離輸送；膠體可停留在松散煤體內(nèi)高處，包裹煤體，吸熱降溫、堵塞漏風通道，且具有良好的耐高溫特性，不會產(chǎn)生大量的水蒸氣，可以減少水煤氣爆炸的危險，控制并降低火勢發(fā)展速度。另外，由于工藝簡單，操作方便，適于各類井下人員操作，所以，在有自燃危險的煤礦已被推廣使用。但現(xiàn)有膠體防滅火技術(shù)在實踐應(yīng)用中也暴露出諸多問題，例如膠體形成過程中釋放出氨氣，污染井下空氣，危害工人健康；膠體的強度較低，而且呈剛性，一旦被破壞就不能恢復(fù)，因此在壓注完成后，遇礦壓會壓裂，影響堵漏風效果；凝膠成本一般都在60元/m3 以上，高于黃泥灌漿、水砂充填等成本，不適合大面積填充。

發(fā)明內(nèi)容
鑒于上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明旨在提供一種以硅藻土為主要原料的防滅火復(fù)合膠體材料，以防治煤層礦井自燃，達到有效堵漏、隔氧、降溫和阻化作用。本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)的一種防止煤炭自燃的復(fù)合膠體，各成分按質(zhì)量百分比包括5 8%的基料、2 5%的促凝劑、6 9%的骨料、0. 5 3%的保水劑，其余成分為水，所述基料為水玻璃；所述促凝劑為碳酸氫鈉；所述骨料為硅藻土 ；所述保水劑為耐鹽性高吸水樹脂，耐鹽性高吸水樹脂為通過水溶液聚合或反相懸浮聚合所制得的高吸水樹脂，其吸水倍率為1250 HSOgg-1，吸鹽倍率為 100 120gg_1o所述聚合所得的高吸水樹脂聚為聚(丙烯酸/丙烯酰胺/粘土 )高吸水樹脂，其粘土成分為膨潤土或煅燒高嶺土中的一種。本發(fā)明與目前的復(fù)合膠體防滅火材料相比具有以下優(yōu)點1、本發(fā)明所采用的促凝劑為碳酸氫鈉，克服了氨類促凝劑釋放氨氣的缺陷，無毒、 無害、無味，不污染井下作業(yè)環(huán)境；同時，與其它無氨促凝劑相比價格低廉，適于井下大面積推廣使用。2、本發(fā)明選取硅藻土作為骨料，其比表面積大，能與膠體間形成多種化學鍵和分子間力，使膠體強度增加，脫水緩慢，能夠浸潤煤體內(nèi)部的空隙，更有利于惰化煤體內(nèi)部的活性基團，從而達到防滅火的目的。3、本發(fā)明采用耐鹽性高吸水樹脂作為保水劑，克服了因添加水溶性高分子材料遇水流失等問題，且其吸水倍率高、耐鹽性能好，一般吸水能力達到500g/g以上，其網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)比添加線性高分子更有利于增強其在煤體表面的粘附性。制備完成的復(fù)合膠體避免了單一膠體的強度較低，而且呈剛性，一旦被破壞就不能恢復(fù)，在壓注完成后，遇礦壓會壓裂，影響堵漏風效果的缺點。形成的觸變性膠體遇到超過其屈服強度的外力壓迫時會恢復(fù)流動性，外力消失后又變成穩(wěn)定膠體，可對移架、礦壓等造成的新裂隙進行二次封堵，具有非常強的堵漏、隔氧、降溫與阻化作用。在實際應(yīng)用中，根據(jù)現(xiàn)場實際情況、使用地點(如采空區(qū)、密閉墻、巷道頂板、采煤工作面等)及相應(yīng)成膠時間等因素，具體配制不同成膠時間、不同粘度、不同膠體強度的防滅火復(fù)合膠體，適用性好， 防滅火效果突出。
具體實施例方式本發(fā)明所述的一種防止煤炭自燃的復(fù)合膠體，各成分按質(zhì)量百分比包括5 8% 的基料、2 5%的促凝劑、6 9%的骨料、0. 5 3%的保水劑，其余成分為水。其中，基料選用水玻璃，水玻璃性能穩(wěn)定、強度低、彈性好，本身為粘稠狀液體，是最早被應(yīng)用于礦井防滅火的膠體材料之一。促凝劑選用碳酸氫鈉，在高溫環(huán)境中不會分解產(chǎn)生氨氣等有毒、有害氣體，利于環(huán)保和工人身體健康，且成本低廉，并通過正交實驗法實現(xiàn)了成膠時間可控， 便于有效使用。骨料為硅藻土，硅藻土比表面積大，成膠后的膠體密度均勻，強度大，脫水緩慢，能夠浸潤煤體內(nèi)部的空隙，更有利于惰化煤體內(nèi)部的活性基團，從而達到防滅火的效果。保水劑為耐鹽性高吸水樹脂，耐鹽性高吸水樹脂為通過水溶液聚合或反相懸浮聚合所制得的聚(丙烯酸/丙烯酰胺/粘土)高吸水樹脂，其吸水倍率為1250 135(^一，吸鹽 (0. 9wt. % NaCl)倍率為100 UOgg—1。其中，粘土成分為膨潤土或煅燒高嶺土中的一種。 耐鹽性高吸水樹脂能夠從空氣中不斷吸收水分使煤體一直保持濕潤，起到進一步防滅火的作用。使用時，首先將水玻璃、碳酸氫鈉、硅藻土及耐鹽性高吸水樹脂分別加水配制成漿液，然后通過凝膠泵將漿液共混均勻，并利用凝膠泵將漿液澆注到井下所需防滅火的地方， 從而形成膠體防滅火材料。其被用于處理局部火區(qū)、高溫區(qū)及隱患點。
下面結(jié)合實施例對本發(fā)明做進一步闡述實施例1一種防止煤炭自燃的復(fù)合膠體，各成分按質(zhì)量百分比包括5%的基料、2%的促凝劑、6%的骨料、0. 5%的保水劑，其余成分為水。其中，基料為水玻璃，促凝劑為碳酸氫鈉，骨料為硅藻土，保水劑為聚(丙烯酸/丙烯酰胺/粘土)高吸水樹脂，粘土為膨潤土，其配比形成的復(fù)合膠體成膠時間為:3min。實施例2一種防止煤炭自燃的復(fù)合膠體，各成分按質(zhì)量百分比包括8%的基料、3%的促凝劑、9%的骨料、1 %的保水劑，其余成分為水。其中，基料為水玻璃，促凝劑采用碳酸氫鈉，骨料為硅藻土，保水劑為聚(丙烯酸/丙烯酰胺/粘土)高吸水樹脂，粘土為煅燒高嶺土，其配比形成的復(fù)合膠體成膠時間為anin。實施例3一種防止煤炭自燃的復(fù)合膠體，各成分按質(zhì)量百分比包括6%的基料、4%的促凝劑、7%的骨料、0. 5%的保水劑，其余成分為水。其中，基料為水玻璃，促凝劑為碳酸氫鈉，骨料為硅藻土，保水劑為聚(丙烯酸/丙烯酰胺/粘土)高吸水樹脂，粘土為膨潤土，其配比形成的復(fù)合膠體成膠時間為lmin。實施例4一種防止煤炭自燃的復(fù)合膠體，各成分按質(zhì)量百分比包括7%的基料、2%的促凝劑、8%的骨料、1. 5%的保水劑，其余成分為水。其中，基料為水玻璃，促凝劑為碳酸氫鈉，骨料為硅藻土，保水劑為聚(丙烯酸/丙烯酰胺/粘土)高吸水樹脂，粘土為煅燒高嶺土，其配比形成的復(fù)合膠體成膠時間為6min。實施例5一種防止煤炭自燃的復(fù)合膠體，各成分按質(zhì)量百分比包括5%的基料、5%的促凝劑、6%的骨料、0. 5%的保水劑，其余成分為水。其中，基料為水玻璃，促凝劑為碳酸氫鈉，骨料為硅藻土，保水劑為聚(丙烯酸/丙烯酰胺/粘土)高吸水樹脂，粘土為煅燒高嶺土，其配比形成的復(fù)合膠體成膠時間為30s。實施例6一種防止煤炭自燃的復(fù)合膠體，各成分按質(zhì)量百分比包括8%的基料、2%的促凝劑、9%的骨料、2%的保水劑，其余成分為水。其中，基料為水玻璃，促凝劑為碳酸氫鈉，骨料為硅藻土，保水劑為聚(丙烯酸/丙烯酰胺/粘土)高吸水樹脂，粘土為煅燒高嶺土，其配比形成的復(fù)合膠體成膠時間為7min。實施例7一種防止煤炭自燃的復(fù)合膠體，各成分按質(zhì)量百分比包括5%的基料、4%的促凝劑、6%的骨料、3%的保水劑，其余成分為水。其中，基料為水玻璃，促凝劑為碳酸氫鈉，骨料為硅藻土，保水劑為聚(丙烯酸/丙烯酰胺/粘土)高吸水樹脂，粘土為膨潤土，其配比形成的復(fù)合膠體成膠時間為50s。實施例8一種防止煤炭自燃的復(fù)合膠體，各成分按質(zhì)量百分比包括7%的基料、3%的促凝劑、6%的骨料、0. 5%的保水劑，其余成分為水。其中，基料為水玻璃，促凝劑采用碳酸氫鈉，骨料為硅藻土，保水劑為聚(丙烯酸/丙烯酰胺/粘土)高吸水樹脂，粘土為膨潤土，其配比形成的復(fù)合膠體成膠時間為1. 5min。實施例9一種防止煤炭自燃的復(fù)合膠體，各成分按質(zhì)量百分比包括8%的基料、5%的促凝劑、9%的骨料、3%的保水劑，其余成分為水。其中，基料為水玻璃，促凝劑為碳酸氫鈉，骨料為硅藻土，保水劑為聚(丙烯酸/丙烯酰胺/粘土)高吸水樹脂，粘土為膨潤土，其配比形成的復(fù)合膠體成膠時間為lmin。上述實施例1-9中，復(fù)合膠體均具有良好的防滅火性能，滅火效果十分理想。
權(quán)利要求
1.一種防止煤炭自燃的復(fù)合膠體，其特征在于，各成分按質(zhì)量百分比包括5 8%的基料、2 5%的促凝劑、6 9%的骨料、0. 5 3%的保水劑，其余成分為水，所述基料為水玻璃；所述促凝劑為碳酸氫鈉；所述骨料為硅藻土 ；所述保水劑為耐鹽性高吸水樹脂，耐鹽性高吸水樹脂為通過水溶液聚合或反相懸浮聚合所制得的高吸水樹脂，其吸水倍率為 1250 nSOgg-1，吸鹽倍率為 100 120gg_1o
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種防止煤炭自燃的復(fù)合膠體，其特征在于，所述聚合所得的高吸水樹脂聚為聚(丙烯酸/丙烯酰胺/粘土)高吸水樹脂，其粘土成分為膨潤土或煅燒高嶺土中的一種。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種防止煤炭自燃的復(fù)合膠體，各成分按質(zhì)量百分比包括5～8％的基料、2～5％的促凝劑、6～9％的骨料、0.5～3％的保水劑，其余成分為水。基料選用水玻璃，促凝劑選用碳酸氫鈉，骨料為硅藻土，保水劑為耐鹽性高吸水樹脂，耐鹽性高吸水樹脂為通過水溶液聚合或反相懸浮聚合所制得的高吸水樹脂，其吸水倍率為1250～1350gg-1，吸鹽倍率為100～120gg-1。其配置完成的膠體具有非常強的堵漏、隔氧、降溫與阻化作用，流動性好、保濕性強、脫水緩慢，并可根據(jù)配比情況配置不同成膠時間的膠體，使用方便、靈活，適應(yīng)性強，可廣泛適用于各種高危、自燃的煤礦區(qū)中。
文檔編號C04B14/08GK102173722SQ201110038849
公開日2011年9月7日 申請日期2011年2月16日 優(yōu)先權(quán)日2011年2月16日
發(fā)明者劉德峰, 劉敏, 張騰, 朱紅青, 王毅, 索紅莉, 袁惠萍, 趙鋒, 郭艾東, 馬麟 申請人:中國礦業(yè)大學(北京), 北京工業(yè)大學, 北京艾力永泰能源科技有限公司