一种利用相变溶胶防止煤矿采空区自燃火灾的方法

摘要

本发明涉及矿业安全领域中的煤矿采空区防治，具体是一种利用相变溶胶防止煤矿采空区自燃火灾的方法，在煤矿井下向采空区注入多种气态溶胶，溶胶胶体粒子在遗煤表面沉积，相互反应缩聚形成网状结构，最终发生相变，形成具有良好热稳定性的液态胶体或固态薄膜；溶胶胶体粒子包括引发剂和至少一种交联单体，且引发剂能够促进交联单体形成均聚物或/和共聚物。本发明所述利用相变溶胶防止煤矿采空区自燃火灾的方法，能够隔绝空气，抑制遗煤氧化，防治自燃火灾；本发明针对上述方法所采用的相变溶胶灭火系统，可以工业化、标准化、通用化的制造，能够广泛应用于煤矿井下采空区自燃火灾的防治领域。

说明书

技术领域

本发明涉及矿业安全领域中的煤矿采空区防治，具体是一种利用相变溶胶防止煤矿采空区自燃火灾的方法。

背景技术

煤自燃普遍存在于井工矿井，容易造成人员伤亡与财产损失。当煤矿采空区发生自燃火灾，注入N₂或CO₂等惰性气体灭火，需要不断补充，注入过量易引起窒息事故，且在漏风严重的采空区效果较差。注入泥浆、凝胶等液态材料，一般沿重力方向运移，难以在采空区积聚，不适用于大倾角等复杂条件下的采空区。因此，亟需开发一种能在采空区漏风严重、煤层倾角较大等复杂条件下高效抑制自燃火灾的技术。而且未见利用相变材料防治采空区自燃火灾的报道。

发明内容

本发明为了解决目前井下存在的煤自燃问题，提供了一种利用相变溶胶防止煤矿采空区自燃火灾的方法。

本发明是通过以下技术方案实现的：一种利用相变溶胶防止煤矿采空区自燃火灾的方法，在煤矿井下向采空区注入多种气态溶胶，溶胶胶体粒子在遗煤表面沉积，相互反应缩聚形成网状结构，最终发生相变，形成具有良好热稳定性的液态胶体或固态薄膜；

溶胶胶体粒子包括引发剂和至少一种交联单体，且引发剂能够促进交联单体形成均聚物或/和共聚物。

上述形成的液态胶体或固态薄膜能够隔绝空气，抑制煤自燃的发生和发展。

进一步，所述溶胶胶体粒子包括至少一种抑制遗煤氧化的抗氧化剂。抗氧剂的添加可以有效地增加防火效果。

另外，本发明所述气态溶胶是采用雾化法或机械化学法形成的。

优化的，所述引发剂为有机硅类化合物、丙烯酸酯类化合物或金属有机化合物。所述有机硅类化合物选自缩醛有机硅、硅烯醚、硅烷偶联剂；所述丙烯酸酯类化合物选自丙烯酸羟乙酯、丙烯酸羟丙酯；所述金属有机化合物选自异丙醇铝、醋酸锌、醋酸镁、乙酰丙酮钛。

具体应用时，所述交联单体为丙烯酸单体、甲基丙烯酸单体、顺丁基二酸单体、丙烯酸钠单体、丙烯醇单体、甲基丙烯醇单体、乙烯二醇单体、二甲基二烯丙基氯化铵或三甲基烯丙基氯化铵。

具体实施时，所述抗氧化剂为植酸、乙氧基喹啉、苯乙烯化苯酚或亚磷酸三壬基苯酯。

为了更详尽的说明本发明，在实验结果的基础上，同时考虑材料配制的经济成本，本发明提供了所述交联单体、引发剂以及抗氧化剂的质量比为50～80:1～5:1～3。

进一步，本发明提供了一种相变溶胶灭火系统，包括连接于压力系统上的若干气态溶胶支管，气态溶胶支管的数量与溶胶胶体粒子种类的数量相等，每个气态溶胶支管上从头至尾依次串联有材料存储罐、入口阀门、超声波雾化发生装置、出口阀门以及喷头。具体实施时，所述压力系统为优选的采用井下压风系统或水压系统，阀门优选的采用耐压阀门，整体管路采用高压胶管或金属管，本发明所述相变溶胶灭火系统的各部件运行由智能控制系统控制处理。具体使用时，一个材料存储罐内存储一种溶胶胶体粒子，即一条气态溶胶支管对应一种溶胶胶体粒子。气态溶胶支管深入采空区内，开启入口阀门，溶胶胶体粒子与压力系统内的高压液体介质或高压气体介质在超声波雾化发生装置内分散均匀后开启出口阀门，各溶胶胶体粒子由喷头喷出悬浮分散于采空区内，引发剂促进交联单体形成均聚物或/和共聚物（相变过程），抗氧化吸附于均聚物或/和共聚物上，在遗煤表面形成液态胶体或固态薄膜。

本发明所述利用相变溶胶防止煤矿采空区自燃火灾的方法，能够隔绝空气，抑制遗煤氧化，防治自燃火灾；本发明针对上述方法所采用的相变溶胶灭火系统，可以工业化、标准化、通用化的制造，能够广泛应用于煤矿井下采空区自燃火灾的防治领域。

附图说明

图1为本发明所述相变溶胶灭火系统的布置示意图。图中：1-压力系统，2-材料存储罐，3-入口阀门，4-超声波雾化发生装置，5-出口阀门，6-喷头。

图2为本发明实施例1所述两种溶胶胶体粒子在遗煤表面发生相变过程示意图。图中：A-丙烯酸单体，B-缩醛有机硅，C-反应形成的均聚物。

具体实施方式

实施例1

煤矿综采工作面进风巷，将本发明所述相变溶胶灭火系统（如图1所示）的材料存储罐2、入口阀门3、超声波雾化发生装置4、出口阀门5以及喷头6从头至尾依次串联于气态溶胶支管上，压力系统1采用井下压风。材料存储罐2内分别加入丙烯酸单体和缩醛有机硅，其质量比为50：3（或80:1，或12:1），将喷头6铺设在进风巷顺槽，随工作面推进完全埋入采空区，之后分别依次喷射出缩醛有机硅和丙烯酸单体，溶胶胶体粒子随采空区漏风流经采空区。在缩醛有机硅的引发下，在遗煤表面相互反应形成均聚物胶体，抑制煤氧化自燃。

实施例2

煤矿综采工作面进风巷，将本发明所述相变溶胶灭火系统各部件进行连接，压力系统采用井下水压。材料存储罐2内分别加入甲基丙烯酸单体、顺丁基二酸单体、硅烯醚（或丙烯酸羟乙酯）和乙氧基喹啉，其质量比为30:30:5:1，将喷头6铺设在进风巷顺槽，随工作面推进完全埋入采空区，之后分别依次喷射出硅烯醚、甲基丙烯酸单体、顺丁基二酸单体和乙氧基喹啉，溶胶胶体粒子随采空区漏风流经采空区。在硅烯醚（或丙烯酸羟乙酯）的引发下，在遗煤表面相互反应形成均聚物和共聚物胶体，抑制煤氧化自燃。

实施例3

煤矿综采工作面进风巷，将本发明所述相变溶胶灭火系统各部件进行连接，压力系统采用井下压风。材料存储罐2内分别加入丙烯酸钠单体、丙烯醇单体、甲基丙烯醇单体、硅烷偶联剂（或异丙醇铝）和苯乙烯化苯酚，其质量比为20:20:30:1:2，将喷头6铺设在进风巷顺槽，随工作面推进完全埋入采空区，之后分别依次喷射出硅烷偶联剂、丙烯酸钠单体、丙烯醇单体、甲基丙烯醇单体和苯乙烯化苯酚，溶胶胶体粒子随采空区漏风流经采空区。在硅烷偶联剂（或异丙醇铝）的引发下，在遗煤表面相互反应形成均聚物和共聚物胶体，抑制煤氧化自燃。

实施例4

煤矿综采工作面进风巷，将本发明所述相变溶胶灭火系统各部件进行连接，压力系统采用井下压风。材料存储罐2内分别加入乙烯二醇单体、丙烯酸羟丙酯（或醋酸锌）和亚磷酸三壬基苯酯，其质量比为80:2:3，将喷头6铺设在进风巷顺槽，随工作面推进完全埋入采空区，之后分别依次喷射出丙烯酸羟丙酯、乙烯二醇单体和亚磷酸三壬基苯酯，溶胶胶体粒子随采空区漏风流经采空区。在丙烯酸羟丙酯的引发下，在遗煤表面相互反应形成共聚物胶体，抑制煤氧化自燃。

实施例5

煤矿综采工作面进风巷，将本发明所述相变溶胶灭火系统各部件进行连接，压力系统采用井下压风。材料存储罐2内分别加入二甲基二烯丙基氯化铵、醋酸镁、植酸和苯乙烯化苯酚，其质量比为50:3:0.7:0.3，将喷头6铺设在进风巷顺槽，随工作面推进完全埋入采空区，之后分别依次喷射出醋酸镁、二甲基二烯丙基氯化铵、植酸和苯乙烯化苯酚，溶胶胶体粒子随采空区漏风流经采空区。在醋酸镁的引发下，在遗煤表面相互反应形成均聚物胶体，抑制煤氧化自燃。

实施例6

煤矿综采工作面进风巷，将本发明所述相变溶胶灭火系统各部件进行连接，压力系统采用井下压风。材料存储罐2内分别加入三甲基烯丙基氯化铵、乙酰丙酮钛和植酸，其质量比为65:4:2，将喷头6铺设在进风巷顺槽，随工作面推进完全埋入采空区，之后分别依次喷射出乙酰丙酮钛、三甲基烯丙基氯化铵和植酸，溶胶胶体粒子随采空区漏风流经采空区。在乙酰丙酮钛的引发下，在遗煤表面相互反应形成均聚物胶体，抑制煤氧化自燃。