浅埋煤层矿区地表堵漏的无机固化泡沫材料及制备方法

摘要

一种浅埋煤层矿区地表堵漏的无机固化泡沫材料及制备方法，属于无机固化泡沫材料及制备方法。该堵漏固化泡沫包括：水、粉煤灰、熟石灰、水泥、牛角粉、铝粉、氧化铜、多聚磷酸、氢氧化铝、羟丙基甲基纤维素、钢纤维。其制备方法是首先在水中加入粉煤灰、水泥、羟丙基甲基纤维素、钢纤维、熟石灰形成粉煤灰基材浆液；然后在少量水中加入牛角粉搅拌形成预制粘液，将粉煤灰基材浆液与预制粘液充分搅拌形成混合液；接着在混合液中添加无机胶粘体系并充分搅拌，形成混合胶粘液；最后，加入铝粉充分搅拌均匀，利用无机自发泡体系对浆液进行发泡，最终制备成用于浅埋煤层矿区地表堵漏的无机固化泡沫材料。裂隙渗透能力强，抗压强度大，耐高温、隔热性能好，基材纯无机无污染。

说明书

技术领域

本发明涉及一种无机固化泡沫材料及制备方法，特别是一种浅埋煤层矿区地表堵漏的无机固化泡沫材料及制备方法。

背景技术

煤炭自燃是我国煤矿安全生产面临的最主要灾害之一，严重威胁着井下工作人员的安全以及工作面的正常回采，导致重大的经济损失。近年来，我国能源战略重心西移，而西部浅埋藏矿区煤层易自燃、埋藏浅（埋深一般在30～250m），地表裂隙漏风严重，由此引发的煤炭自燃发火越来越频繁，为了高效防治地表裂隙漏风，在得到裂隙漏风规律的基础上，开展裂隙封堵，隔绝氧气与采空区遗煤的接触就成为最有效预防矿井火灾的手段之一。为了有效防治由于地表裂隙漏风而导致的煤炭自燃，国内常采用大面积地表回填、注浆、注凝胶、聚氨脂泡沫、轻质膏体材料、高水封堵材料等。但这些技术都存在一些不足：大面积地表回填只能初步填平明显的大裂隙，耗费大量人力物力；注浆过程中浆液顺着裂隙漏到井下工作面、巷道、效果差；铵盐凝胶在常温下就会分解产生氨气而严重污染矿区环境；高分子凝胶成本高且容易龟裂；聚氨脂泡沫在高温下容易燃烧且成本高；轻质膏体材料抗压强度一般，容易产生细小裂缝；高水封堵材料具有较好的渗透性，能够深入到煤体间隙，但抗压强度不高，有机成分热稳定差。

发明内容

针对已有的浅埋煤层矿区地表裂隙漏风封堵技术存在很多不足，本发明的目的是要提供一种发泡倍数为7～10倍，能迅速渗透至细小裂隙，堵漏风效果明显，固化时间可调，固化后抗压强度大，耐高温、隔热性能好，基材纯无机无污染的浅埋煤层矿区地表堵漏的无机固化泡沫材料及制备方法。

本发明的技术方案包括无机固化泡沫材料及制备方法；所述的无机固化泡沫材料包括以下各组分及重量份数：水40-60份、粉煤灰100份、熟石灰5份、水泥20份、牛角粉0.15-0.3份、铝粉4份、氧化铜1-3.5份、多聚磷酸0.4-1.4份、氢氧化铝0.04-0.1份、羟丙基甲基纤维素0.8-1.2份、钢纤维3份；所述的氧化铜为300目。

所述的牛角粉形成的粘液，能降低浆液的表面张力，使浆液中的固体颗粒均匀分散，提高泡沫的稳定性；所述的铝粉和熟石灰发生化学反应产生气体，共同组成浆液的自产气体系；所述的氧化铜、多聚磷酸、氢氧化铝组成无机胶粘体系，通过调整三者之间的配比实现固化时间可调；其制作过程是：

步骤一：在专用混合容器A中加入水35-55份、粉煤灰100份、水泥20份、羟丙基甲基纤维素0.8-1.2份、钢纤维3份、熟石灰5份，搅拌器以5000±200转/分钟转速转动，搅拌时间为2min，形成粉煤灰基材浆液；

步骤二：在专用混合容器B中加入水5份、牛角粉0.15-0.3份，搅拌器以10000±500转/分钟转速转动，搅拌时间为3min，形成粘液；

步骤三：将专用混合容器B中的牛角粉粘液加入专用混合容器A中的粉煤灰基材浆液中，专用混合容器A搅拌器以12000±500转/分钟转速转动，搅拌时间为3min，形成混合液；

步骤四：将按比例调制的氧化铜1-3.5份、多聚磷酸0.4-1.4份、氢氧化铝0.04-0.1份的混合物加入混合液中，搅拌器以5000±200转/分钟转速转动，搅拌时间为5min，形成混合胶粘液；

步骤五：将铝粉4份添加至混合胶粘液中，搅拌器以12000±500转/分钟转速转动，搅拌时间为3min，制备成用于煤矿地表裂隙封堵的无机固化泡沫流体材料。

有益效果，由于采用了上述方案，本发明的牛角粉和水形成的粘液能够使得粉煤灰基材浆液固相颗粒均匀分散，有助于泡孔的稳定，能够提高氢气的产泡效率；氧化铜、多聚磷酸、氢氧化铝反应，作为无机胶粘体系，通过改变三者之间的配比能够实现在室温条件下15min～2h之间溶液的凝固时间可调；最后铝粉和熟石灰（氢氧化钙）水溶液反应生成氢气，作为浆液的自反应引气剂。羟丙基甲基纤维素前期能稠化浆液，有助于泡沫流体在细小裂隙中渗流，固化后能够增加固化泡沫的韧性；钢纤维在固化泡沫形成后均匀的分散在泡孔壁上，固化后作为泡孔壁的骨架，将泡沫连接起来，提高固化泡沫的抗压性能；水泥促进粉煤灰的水化反应，作为激活剂使得粉煤灰快速固化。本发明的无机固化泡沫流体材料不需要外加气源，仅依靠浆液体系中铝粉和熟石灰发生化学反应产生气体为气源，工艺流程简单；泡沫流体渗透性能好，且凝固时间可调，堵漏风效果显著；发泡倍数高、抗压强度大、耐高温与隔热性能好、价格便宜；在煤矿及煤田火区地表裂隙封堵领域具有广泛的适用性。

具体实施方式

实施例1：首先在专用混合容器A中加入水35重量份、粉煤灰100重量份、水泥20重量份、羟丙基甲基纤维素0.8重量份、钢纤维3重量份、熟石灰5重量份，搅拌器以5000±200转/分钟转速转动，搅拌时间为2min，形成粉煤灰基材浆液；接着在专用混合容器B中加入水5份、牛角粉0.15重量份，搅拌器以10000±500转/分钟转速转动，搅拌时间为3min，形成粘液；然后，将专用混合容器B中的牛角粉粘液加入专用混合容器A中的粉煤灰基材浆液中，专用混合容器A搅拌器以12000±500转/分钟转速转动，搅拌时间为3min，形成混合液；然后，将按比例调制的氧化铜1重量份、多聚磷酸0.4重量份、氢氧化铝0.04重量份的混合物加入混合液中，所述的氧化铜为300目，搅拌器以5000±200转/分钟转速转动，搅拌时间为5min，形成混合胶粘液；最后，将铝粉4份添加至混合胶粘液中，搅拌器以12000±500转/分钟转速转动，搅拌时间为3min，制备成用于煤矿地表裂隙封堵的无机固化泡沫流体材料。用2MPa的地面移动式注浆泵将配制好的无机固化泡沫流体通过输送管路注入到需要堵漏风的地表裂隙，起到减少和控制漏风的作用，从而预防煤炭自燃。

实施例2：首先在专用混合容器A中加入水50重量份、粉煤灰100重量份、水泥20重量份、羟丙基甲基纤维素1.0重量份、钢纤维3重量份、熟石灰5重量份，搅拌器以5000±200转/分钟转速转动，搅拌时间为2min，形成粉煤灰基材浆液；接着在专用混合容器B中加入水5份、牛角粉0.25重量份，搅拌器以10000±500转/分钟转速转动，搅拌时间为3min，形成粘液；然后，将专用混合容器B中的牛角粉粘液加入专用混合容器A中的粉煤灰基材浆液中，专用混合容器A搅拌器以12000±500转/分钟转速转动，搅拌时间为3min，形成混合液；然后，将按比例调制的氧化铜2重量份、多聚磷酸0.8重量份、氢氧化铝0.08重量份的混合物加入混合液中，所述的氧化铜为300目，搅拌器以5000±200转/分钟转速转动，搅拌时间为5min，形成混合胶粘液；最后，将铝粉4份添加至混合胶粘液中，搅拌器以12000±500转/分钟转速转动，搅拌时间为3min，制备成用于煤矿地表裂隙封堵的无机固化泡沫流体材料。用2MPa的地面移动式注浆泵将配制好的无机固化泡沫流体通过输送管路注入到需要堵漏风的煤田火区地表裂隙，起到减少和控制漏风的作用，从而预防煤炭自燃。