一种适用于煤矸石自燃的赤泥基灭火及防自燃材料

摘要

本发明公开一种适用于煤矸石自燃的赤泥基灭火及防自燃材料，属于灭火材料技术领域，该材料为粉体与水混合制成的浆体，其水灰比0.5‑0.7，所述粉体由以下重量百分比的原料组成：赤泥65‑75％、熟石灰粉10‑20％、废石膏5‑10％、复合激发剂7‑14%。本发明以工业废渣赤泥、废石膏以及熟石灰粉为主要原料，上述原料均为超细粉体，直接加水搅拌成浆体灌注，无需烘干粉磨等复杂工序，成本低廉、生产和使用简单方便。

说明书

技术领域

本发明属于灭火材料技术领域，具体涉及一种适用于煤矸石自燃的赤泥基灭火及防自燃材料。

背景技术

煤矸石是煤矿开采和选煤过程中产生的固体废弃物，是一种在成煤过程中与煤层伴生的一种含碳量低、比煤坚硬的黑灰色岩石。随着国民经济发展，对于煤炭需求日益增长，煤炭产量逐年增加。据统计，2013年我国煤炭产量约37亿吨，煤矸石排放总量达到7.5亿吨，2015年煤矸石累计堆存量高达45亿吨，占地面积7500m²，构成大小不一的煤矸石山数千座。这些数量巨大的煤矸石山，约有1/4的矸石山长期自燃。这是因为，煤矸石中含有硫、碳、水成分，硫为可自燃物质，碳为可燃物质，二者构成矸石山的自燃基础，而氧气和水分则是矸石自燃的必要条件。其中，硫以硫铁矿、有机硫、硫酸盐化合态等存在，硫铁矿中的硫是在缺氧的条件下生成并存在于煤和煤系地层之中，呈晶体和结核状态，经采出堆放露天场地后，由于和空气中的氧接触，再加上微生物的作用便会发生氧化，氧化反应过程伴随大量的热量放出，生成H₂SO₄>2煤矸石24h放出SO₂6.5kg、CO10.8kg、H₂S和NO_X>

而且由于煤矸石山属人工再造，自然形成圆锥形状，内部空隙较大，容易形成烟囱效应，同时矸石山底部的野风流漩涡大幅增加了矸石山内部的供氧量，促进了煤矸石的快速燃烧，0提高了矸石山内部的氧化升温速度，释放出的热量逐渐在矸石山内部聚积，燃烧温度很高。在高温环境下，矸石自燃产生的可燃气体有可能在矸石山内部发生爆炸，导致矸石山发生坍塌、喷爆或爆炸等事故，同时产生大量有毒有害气体，将会造成人员伤亡及财产损失等重大问题。

因此，针对煤矸石自燃的现象，需要采取有效的自燃防治措施， 目前，主要包括火区温度红外成像探测技术、热管深部移热技术、喷洒阻化剂、深部注浆（注水）、挖除火源法以及表面覆盖法。根据煤矸石自燃的特征，在选择防治方法时，需要考虑这种方法是否能够根除矸石内部及表面的自燃点，首先通过勘探测温手段确定矸石燃烧的深度和范围，然后根据存在的燃烧去的范围确定采取的灭火方法。一般第一燃烧区出现在矸石堆积体有裂隙和斜坡的地带，温度在40-170℃之间；第二燃烧区在堆积体表面下2-3m区域内，温度在300-700℃之间；第三燃烧区位于堆积体延伸7-10m的范围内，温度在700-1200℃。对于仅存在第一燃烧区的小型的矸石堆积体，可以通过表面封闭法等处理；对于存在第二燃烧区的中型矸石堆积体，应该采用浅孔注浆为主的方法处理；对于3个燃烧区并存的大型矸石堆积体，必须采取以深孔加压注浆为主的方法治理。因此，注浆法是目前国内外在治理煤矸石山自燃时最广泛采用，也最为有效的灭火方法。煤矸石山自燃后一般采用打钻注浆法或石灰乳注浆法。

打钻注浆法是先将灭火材料制成一定浓度的灭火浆液，再在火区布置一系列钻孔，然后用注浆泵将灭火浆液注入矸石山内部。当灭火浆液接触到高温矸石后， 浆液的水分急剧蒸发，同时带走大量热量，使矸石迅速降温。此时，浆液中的固体物质包裹在矸石表面，或充填在矸石间的缝隙中，起到隔绝空气的作用。注浆法是通过降温与隔氧两方面的共同作用达到灭火目的。对已燃或易燃的煤矸石山，可以打钻注浆，隔绝空气流通，注浆材料一般采用电厂的粉煤灰，这样既解决了粉煤灰堆放的困难和防止污染问题，又节省了大量的土和砂石等资源，更主要的是它是防治煤矸石山自燃行之有效的方法。但该方法的不足之处在于，工艺复杂、成本高、注入深度小，而且日后经受风吹雨淋后，流失严重。

石灰乳注浆法一般采取改良的方法，也即饱和石灰水配火碱渗透注浆法，用饱和Ca(OH)₂-NaOH灰浆进行渗透注浆，其方法为每吨Ca(OH)₂饱和溶液配火碱2-5kg配入灰浆池后，搅拌均匀，用泥浆泵经胶管喷洒火区。该浆体流动性大，注浆时无需钻孔，直接从表面喷洒浇注，渗透深度可达5m以上。该方法灭火机理是以Ca(OH)₂-NaOH混合碱液吸收、固定自燃煤矸石放出的SO₂、CO、CO₂、H₂S等酸性气体，使得黄铁矿的氧化反应得以中止，还可使混合碱液向燃烧层自由渗透，并且碱液在高温下与矸石中某些成分发生反应，形成胶凝状产物。这些产物及石灰类物质可包裹可燃物和充填矸石空隙，阻碍空气流通，隔断氧的通道，达到灭火目的。

但其不足在于，碱价格昂贵，成本高、固含量低、充填效果不好、稳定性差、时效性短，日后经受风吹雨淋流失严重，存在复燃和再燃的隐患。

发明内容

本发明目的在于提供一种灭火效果好、稳定性好的适用于煤矸石自燃的赤泥基灭火及防自燃材料。

基于上述目的，本发明采取以下技术方案：

一种适用于煤矸石自燃的赤泥基灭火及防自燃材料，该材料为粉体与水混合制成的浆体，其水灰比0.5-0.7，所述粉体由以下重量百分比的原料组成：赤泥65-75％、熟石灰粉10-20％、废石膏5-10％、复合激发剂7-14%。

所述的赤泥为烧结法或拜耳法生产氧化铝中产生的工业废渣；所述的废石膏为废渣磷石膏、废渣氟石膏、废渣盐石膏、废渣钛石膏或废渣苏打石膏。

所述的复合激发剂由钠水玻璃和减水剂混合而成，所述钠水玻璃和减水剂的重量比为（10-20）∶（85-90）。

所述的钠水玻璃的模数为1.2-1.8、波美度为45-55%；减水剂为聚羧酸、萘系或脂肪族类减水剂。

所述减水剂为MY-Ⅳ缓凝高性能减水剂或HSB脂肪族减水剂粉剂。

所述的废渣磷石膏为用磷酸盐矿石和硫酸制造磷酸产生的废石膏，废渣氟石膏为用氟化钙和硫酸制取氢氟酸时生成的废石膏，废渣盐石膏为用海水制取食盐过程中产生的废石膏，废渣钛石膏为用钛铁矿石制取二氧化钛过程中和用废硫酸进行中和反应所生成的废石膏，废渣苏打石膏为苏打工业和人造丝工业中用氯化钙和硫酸钠反应生成的废石膏。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

1）本发明以工业废渣赤泥、废石膏以及熟石灰粉为主要原料，上述原料均为超细粉体，直接加水搅拌成浆体灌注，无需烘干粉磨等复杂工序，成本低廉、生产和使用简单方便；

2）本发明的灭火材料为液态浆体，可以起到吸热降温的效果，同时赤泥作为主要组分，再加入废石膏、熟石灰粉后，主要形成NaOH-Ca(OH)₂-CaSO₄混合碱液，可以吸收、固定自燃的煤矸石放出的SO₂、CO、CO₂、H₂S等酸性气体，使得黄铁矿的氧化反应得以中止，同时，产生大量胶凝状化合物，与中和反应的生成物共同形成隔离层，起到封闭作用，自燃将逐步熄灭。注浆均匀、不离析，而且浆体流动性大，直接浇注，无需钻孔，灌注深度可达5米以上，浇注密实，并能够凝结硬化，将浇注层内的煤矸石形成致密的实体，凝结硬化后不怕风吹雨淋，煤矸石山不易复燃、长期稳定性好、灭火效果好，也可用于预防；

3）煤矸石和赤泥混合低烧后具有很高的火山灰活性，有利于煤矸石的资源化利用。

具体实施方式

实施例1

一种适用于煤矸石自燃的赤泥基灭火及防自燃材料，该材料为粉体与水直接混合制成的浆体，其水灰比0.5，所述粉体由以下重量百分比的原料组成：赤泥65％、熟石灰粉11％、废石膏（废渣磷石膏）10％、复合激发剂14%。

所述的复合激发剂由模数为1.2、波美度为45%的钠水玻璃和减水剂混合而成，所述钠水玻璃和减水剂的重量比为10∶90；减水剂为聚羧酸减水剂（MY-Ⅳ缓凝高性能减水剂，市售产品）。

实施例2

一种适用于煤矸石自燃的赤泥基灭火及防自燃材料，该材料为粉体与水直接混合制成的浆体，其水灰比0.7，所述粉体由以下重量百分比的原料组成：赤泥75％、熟石灰粉10％、废石膏（废渣氟石膏）5％、复合激发剂10%。

所述的复合激发剂由模数为1.8、波美度为50%的钠水玻璃和减水剂混合而成，所述钠水玻璃和减水剂的重量比为15∶85；减水剂为奈系减水剂。

实施例3

一种适用于煤矸石自燃的赤泥基灭火及防自燃材料，该材料为粉体与水直接混合制成的浆体，其水灰比0.6，所述粉体由以下重量百分比的原料组成：赤泥67％、熟石灰粉15％、废石膏（废渣盐石膏）7％、复合激发剂11%。

所述的复合激发剂由模数为1.5、波美度为55%的钠水玻璃和减水剂混合而成，所述钠水玻璃和减水剂的重量比为20∶85；减水剂为奈系减水剂。

实施例4

一种适用于煤矸石自燃的赤泥基灭火及防自燃材料，该材料为粉体与水直接混合制成的浆体，其水灰比0.5，所述粉体由以下重量百分比的原料组成：赤泥70％、熟石灰粉18％、废石膏（废渣钛石膏）5％、复合激发剂7%。

所述的复合激发剂由模数为1.2、波美度为55%的钠水玻璃和减水剂混合而成，所述钠水玻璃和减水剂的重量比为10∶90；减水剂为脂肪族类减水剂（HSB脂肪族减水剂粉剂，市售产品）。

实施例5

一种适用于煤矸石自燃的赤泥基灭火及防自燃材料，该材料为粉体与水直接混合制成的浆体，其水灰比0.7，所述粉体由以下重量百分比的原料组成：赤泥66％、熟石灰粉20％、废石膏（废渣苏打石膏）6％、复合激发剂8%。

所述的复合激发剂由模数为1.2、波美度为45%的钠水玻璃和减水剂混合而成，所述钠水玻璃和减水剂的重量比为15∶85；减水剂为脂肪族类减水剂。

使用方法：可参照饱和石灰水配火碱渗透注浆法进行灭火，当矸石山自燃的为坡度大于30°的斜坡时，用本发明的灭火材料直接喷注，使燃放的矸石与灭火材料混合冲击至坡底，自上而下剥离火层，此混合物逐渐形成凝固状态，温度降为常温，火被熄灭，达到散热降温的目的，可节约用料和减少投资；对矸石山自燃的顶部和坡度为小于30°的缓坡时，则先用本发明的灭火材料剥开火层后，再人工挖槽，槽可宽1m、深0. 5-1. 5m，呈阶梯状，防止浆体流失，然后渗透注浆，做到渗透均匀，深度超过5m以上，矸石厚度超过20m时，要做到渗透在10m以上；对于强火区，可加大渗透量。灭火机理为赤泥作为主要组分，再加入废石膏、熟石灰粉后，形成NaOH-Ca(OH)₂-CaSO₄混合碱液，可以吸收、固定自燃的煤矸石放出的SO₂、CO、CO₂、H₂S等酸性气体，使得黄铁矿的氧化反应得以中止，同时，产生大量胶凝状化合物，与中和反应的生成物共同形成隔离层，起到封闭作用，自燃将逐步熄灭。注浆均匀、不离析，而且浆体流动性大，直接浇注，无需钻孔，灌注深度可达5米以上，浇注密实，并能够凝结硬化，将浇注层内的煤矸石形成致密的实体，凝结硬化后不怕风吹雨淋，煤矸石山不易复燃、长期稳定性好、灭火效果好，也可用于预防。