防治煤炭自燃的粉煤灰-水泥泡沫材料及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了防治煤炭自燃的粉煤灰-水泥泡沫材料及其制備方法，它是由以下組分制成的：硫鋁酸鹽超細(xì)水泥10-40、粉煤灰10-40、羧甲基纖維素0.5-0.9、氟化鈉0.1-0.6、三聚氰胺0.2-0.6，硫酸鋁0.1-0.4、十二烷基硫酸鈉0.3-0.6、十二烷基苯磺酸鈉0.4-0.6、皂素0.5-0.8，其余為水。本發(fā)明的泡沫材料發(fā)泡倍數(shù)高、穩(wěn)定時(shí)間長，失水率低，封堵性好，非常適用于煤礦井下防滅火。本發(fā)明具有成本低、堵漏性好、強(qiáng)度高和施工簡單等優(yōu)點(diǎn)。
【專利說明】防治煤炭自燃的粉煤灰-水泥泡沬材料及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及煤礦防滅火材料領(lǐng)域，具體涉及一種防治煤炭自燃的粉煤灰-水泥泡沫材料及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]煤炭自燃是威脅我國煤礦安全生產(chǎn)的重大隱患之一。煤炭自燃引發(fā)的火災(zāi)不但造成大量的人員傷亡和嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失，還會引起大面積的環(huán)境污染，植被破壞，土壤沙漠化等問題。為防治煤炭自燃，國內(nèi)外廣泛采用灌漿、噴灑阻化劑、注惰性氣體、注膠體、注三相泡沫、氣霧阻化劑、均壓防滅火、固化泡沫堵漏風(fēng)等技術(shù)。在灌漿材料方面，主要是黃泥、粉煤灰，此外還有矸石、砂子、水泥砂漿、石膏、高水材料等。這些技術(shù)對保證礦井安全生產(chǎn)起到重要作用，但還存在一些問題:如黃泥灌漿會消耗大量農(nóng)田，粉煤灰堵漏效果差，矸石制漿成本高；水玻璃-銨鹽凝膠產(chǎn)生有毒有味的氨氣，高分子膠體流動性差，滲透范圍較小；三相泡沫強(qiáng)度低，穩(wěn)定性較差，無法保證封堵的持久性；有機(jī)泡沫材料成本高，反應(yīng)過程放熱，存在不安全因素；惰性氣體易隨漏風(fēng)擴(kuò)散，不易滯留在注入的區(qū)域內(nèi)。由此可見，現(xiàn)有的防滅火材料均存在不同程度的缺陷，為加快現(xiàn)有火區(qū)的治理速度和遏制新火區(qū)的發(fā)生，迫切需要研發(fā)礦井防滅火的新材料，跳出現(xiàn)有理論和技術(shù)框架，尋找更為有效的防滅火材料和技術(shù)?；诖?，本專利發(fā)明了一種防治煤炭自燃的粉煤灰-水泥泡沫材料。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]為了克服現(xiàn)有煤礦防滅火材料有的封堵強(qiáng)度低，有的成本高，有的破壞環(huán)境等缺陷，提供一種強(qiáng)度高，堵漏效果好、成本低和施工簡單的粉煤灰-水泥泡沫材料及其制備方法。本發(fā)明是通過如下方案予以實(shí)現(xiàn)的:一種防治煤炭自燃的粉煤灰-水泥泡沫材料是由發(fā)泡劑、增稠劑、速凝劑以及無機(jī)填料組成。所述的發(fā)泡劑為十二烷基硫酸鈉、十二烷基苯磺酸鈉、皂素中的一種或幾種(0-2%);所述的增稠劑為羧甲基纖維素鈉(0-1%);所述的速凝劑為氟化鈉、三聚氰胺、硫酸鋁中的一種或幾種(0-1%);所述的無機(jī)填料為水泥(10-40% )和粉煤灰(10-40% )。本發(fā)明采用十二烷基硫酸鈉、十二烷基苯磺酸鈉、皂素等組成復(fù)合發(fā)泡劑，制備的泡沫發(fā)泡倍率高、穩(wěn)定時(shí)間長，能夠大幅度提高煤礦采空區(qū)注漿的流動性；采用特種水泥和粉煤灰為膠凝材料，使泡沫材料的強(qiáng)度高，同時(shí)價(jià)格低廉；在材料中加入成本低廉、懸浮性能穩(wěn)定、失水率低的羧甲基纖維素，使本發(fā)明的注漿材料具有很好的可泵性。材料中添加速凝劑氟化鈉、三聚氰胺和硫酸鋁后，泡沫的固化時(shí)間可適當(dāng)延長，失水速率降低，非常適合煤礦采空區(qū)充填堵漏風(fēng)。
[0004] 本發(fā)明采取的技術(shù)方案是:通過機(jī)械攪拌發(fā)泡劑形成泡沫，再將泡沫加入粉煤灰-水泥的漿體中，攪拌制成泡沫泥漿，然后通過輸漿管路運(yùn)送到可能發(fā)生煤炭自燃或已經(jīng)發(fā)生自燃火災(zāi)的區(qū)域，以防止煤層自燃或進(jìn)行自燃火災(zāi)滅火處理。泡沫漿中的水分吸收大量的熱，降低煤炭自燃放熱的熱量，同時(shí)粉煤灰與水泥等無機(jī)材料失水后固化，起到隔絕氧氣的作用。該材料成本低、降溫效果好，泡沫可以堆積，有利于撲滅隱蔽火源，粉煤灰-水泥泡沫可以固化，相比三相泡沫在穩(wěn)定性上有明顯的優(yōu)勢。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0005]圖1:粉煤灰-水泥泡沫材料制備工藝流程圖
[0006]圖2:高性能泡沫照片。
[0007]圖3:粉煤灰-水泥泡沫電鏡照片
【具體實(shí)施方式】
[0008]實(shí)施例1:本實(shí)施方式由以下組分制得:(用量為重量百分比)硫鋁酸鹽超細(xì)水泥20，粉煤灰20，羧甲基纖維素0.2-0.3、氟化鈉0.1-0.3、三聚氰胺0.1-0.3，硫酸鋁0.1-0.3、十二烷基硫酸鈉0.3-0.6、十二烷基苯磺酸鈉0.4-0.6、其余為水，所有組分的用量都是重
量百分比。
[0009]實(shí)施例2:本實(shí)施方式由以下組分制得:(用量為重量百分比)硫鋁酸鹽超細(xì)水泥15，粉煤灰25，羧甲基纖維素0.5、氟化鈉0.2-0.3、三聚氰胺0.1-0.3，硫酸鋁0.1-0.3、十二烷基硫酸鈉0.4-0.6、十二烷基苯磺酸鈉0.4-0.6、其余為水，所有組分的用量都是重量百分比。
[0010]實(shí)施例3:本實(shí)施方式由以下組分制得:(用量為重量百分比)硫鋁酸鹽超細(xì)水泥25，粉煤灰15，羧甲基纖維素0.5、氟化鈉0.2-0.3、三聚氰胺0.1-0.3，硫酸鋁0.1-0.3、十二烷基硫酸鈉0.4-0.6、皂素0.5-0.6、其余為水，所有組分的用量都是重量百分比。
[0011]實(shí)施例4:本實(shí)施方式由以下組分制得:(用量為重量百分比)硫鋁酸鹽超細(xì)水泥20，粉煤灰30，羧甲基纖維素0.5、氟化鈉0.2-0.3、三聚氰胺0.5-0.7，硫酸鋁0.1-0.3、十二烷基硫酸鈉0.5-0.6、皂素0.5-0.8、其余為水，所有組分的用量都是重量百分比。
[0012]實(shí)施例5:本實(shí)施方式由以下組分制得:(用量為重量百分比)硫鋁酸鹽超細(xì)水泥30，粉煤灰20，羧甲基纖維素0.5、氟化鈉0.2-0.3、三聚氰胺0.1-0.3，硫酸鋁0.1-0.3、皂素
0.5-0.7、十二烷基苯磺酸鈉0.4-0.6、其余為水，所有組分的用量都是重量百分比。
[0013]發(fā)泡劑的選擇是制備粉煤灰-水泥泡沫最關(guān)鍵的一步，同時(shí)是決定泡沫性能的主要因素，其顯著影響粉煤灰-水泥泡沫的平均孔徑的大小、均勻性、泡孔的泌水率、以及泡沫的力學(xué)性能(抗壓強(qiáng)度)等指標(biāo)。本專利將十二烷基硫酸鈉溶液(A)，皂素溶液(B)，十二烷基苯磺酸鈉(C)三種發(fā) 泡劑進(jìn)行兩兩復(fù)配，其初始泡沫高度、I小時(shí)后泡沫高度、泡沫塌陷距分別見表1-3。
[0014]表1十二烷基硫酸鈉與皂素復(fù)配制備泡沫的穩(wěn)定性參數(shù)
[0015]
【權(quán)利要求】
1.一種用于防治煤炭自燃的粉煤灰-水泥泡沫材料，其特征是它是由下列組分制成的:發(fā)泡劑、增稠劑、速凝劑以及無機(jī)填料組成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種防治煤炭自燃的粉煤灰-水泥泡沫材料，其特征在于所述的發(fā)泡劑為十二烷基硫酸鈉、十二烷基苯磺酸鈉、皂素中的一種或幾種；所述的增稠劑為羧甲基纖維素鈉；所述的速凝劑為氟化鈉、三聚氰胺、硫酸鋁中的一種或幾種(0-5% );所述的無機(jī)填料為水泥和粉煤灰 。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種防治煤炭自燃的粉煤灰-水泥泡沫材料，其特征在于上述物料的配比為:硫鋁酸鹽超細(xì)水泥10-40、粉煤灰10-40、羧甲基纖維素0.5-1、氟化鈉0.1-0.6、三聚氰胺0.2-0.6，硫酸鋁0.1-0.4、十二烷基硫酸鈉0.3-0.6、十二烷基苯磺酸鈉0.4-0.6、皂素0.5-0.8，其余為水，所有組分的用量都是重量百分比。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于防治煤炭自燃的粉煤灰-水泥泡沫材料，其制備方法為:通過機(jī)械攪拌發(fā)泡劑形成泡沫，再將泡沫加入粉煤灰-水泥的漿體中，攪拌制成泡沫泥漿，然后通過輸漿管路運(yùn)送到可能發(fā)生煤炭自燃或已經(jīng)發(fā)生自燃火災(zāi)的區(qū)域，以防止煤層自燃或進(jìn)行自燃火災(zāi)滅火處理。泡沫漿中的水分吸收大量的熱，降低煤炭自燃放熱的熱量，同時(shí)粉煤灰與水泥等無機(jī)材料失水后固化，起到隔絕氧氣的作用。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任意一項(xiàng)權(quán)利要求所述的一種用于防治煤炭自燃的粉煤灰-水泥泡沫材料，其特征是硫鋁酸鹽超細(xì)水泥的粒度在40微米以下。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任意一項(xiàng)權(quán)利要求所述的一種用于防治煤炭自燃的粉煤灰-水泥泡沫材料，其特征是粉煤灰的粒度在40微米以下。
【文檔編號】C04B38/10GK103964766SQ201410174835
【公開日】2014年8月6日 申請日期:2014年4月29日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月29日
【發(fā)明者】胡相明, 趙艷云, 程衛(wèi)民 申請人:胡相明