矿用灭火材料添加剂及其应用

摘要

一种矿用灭火材料添加剂及其应用，按重量份比组成为：40份‑80份的硅酸盐材料、0.1份‑5份的增粘剂、1份‑10份的分散剂、5份‑20份的表面活性剂、1份‑10份的悬浮剂、1份‑10份的高分子吸水树脂和1份‑10份的稀释剂。优点是：该灭火材料添加剂原料易得，成本低廉，容易实现，凝胶效果好，保水能力强，失水速度慢，适用添加于粉煤灰、黄泥和白泥等煤矿井下充填灌浆材料，具有优异的防灭火性能。

说明书

技术领域

本发明属于防灭火材料领域，具体涉及一种矿用灭火材料添加剂及其应用。

背景技术

煤炭自燃引起的火灾严重危害煤矿的安全生产。与世界其他主要产煤国相比，我国的低等级煤种多，自燃发火的矿井范围广、数量多，是世界上煤炭自燃发火率最高的国家之一。

目前，我国的新疆、宁夏、内蒙古等省还存在着大面积的煤田火灾，每年烧损煤量1000万吨～1360万吨，经济损失超过200亿元。煤自燃不仅烧毁大量的煤炭资源，而且产生大量的SO₂、CO、CO₂等有毒有害气体，严重污染环境并危及井下人员的生命安全，同时煤炭自燃还会诱发瓦斯、煤尘爆炸，我国每年都有多起此类重大恶性事故的发生，给矿井带来了巨大的灾难。

为有效的防治煤炭自燃，目前普遍采用氮气、阻化剂、灌浆、凝胶和三相泡沫等防灭火技术。其中凝胶具有覆盖性能好、吸热降温能力强的优点，但是具有扩散范围小，流动性能差的缺点；三相泡沫具有扩散范围广，灭火速度快的优点，但是其泡沫破灭后覆盖性能和吸热降温性均比较差。

而灌浆是我国煤矿井下最主要的防灭火手段之一，泥浆能够吸热降温,对煤体还有包裹作用,达到隔氧的目的，防灭火效果显著。灌浆防灭火时，浆液浓度对防灭火的效果影响很大，若提高浆液浓度，粉煤灰易在管路中沉降,出现堵塞管路的问题。为解决上述问题，本领域使用大水灰比(8:1-20:1)来解决此问题。但这种稀灰浆下井后，大部分灰随水四处流淌，静止后又马上水灰分离，不仅使矿山井下灰水四溢，而且大大增加了矿井向地面排水的工作量、电耗及水泵的磨损。井下四处堆积着分散的粉煤灰堆，严重污染井下工作环境。而且，在水灰分离、水从灰中流失的同时，空气进入灰浆中，造成炭粒与氧的大面积直接接触，给井下多处带来炭阴燃、炭自燃的危害。实践和理论证明，大水灰比输浆下井充填，不仅效果差，综合成本高，而且附加工作量也很大，不能在矿山推行。

近年发展起来的复合胶体防灭火技术主要是利用煤矿现有的灌浆系统，将水和制浆原料(黄土或粉煤灰等)配制成高浓度浆液,并加入稠化悬浮剂防止其沉淀，然后通过灌浆管路输送至使用地点，并加入极少量的胶凝剂，混合后注入发火部位形成凝胶，达到防灭火作用。该技术具有灭火速度快、安全性好、火区复燃性低等特点。但是目前使用的添加剂存在成本高、胶凝效果差等缺点。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种矿用灭火材料添加剂及其应用，该灭火材料添加剂原料易得，成本低廉，容易实现，凝胶效果好，保水能力强，失水速度慢，适用添加于粉煤灰、黄泥和白泥等煤矿井下充填灌浆材料，使其具有优异的防灭火性能。

本发明的技术解决方案是：

一种矿用灭火材料添加剂，其适用于粉煤灰、黄泥和白泥等煤矿井下充填灌浆材料，所述添加剂的重量份比组成为：40份-80份的硅酸盐材料、0.1份-5份的增粘剂、1份-10份的分散剂、5份-20份的表面活性剂、1份-10份的悬浮剂、1份-10份的高分子吸水树脂和1份-10份的稀释剂。

进一步的，所述硅酸盐材料为含硅酸盐的天然或人工材料，例如，含硅酸盐的天然材料选自，包括但不限于，蒙脱石、绿脱石、贝得石、水玻璃、锂皂石、皂石、锌皂石、斯皂石、斑脱石、高岭土和伊利石中的一种或几种，所述含硅酸盐的人工材料选自，包括但不限于，硅酸钠、硅酸钙、硅酸镁和硅酸铝中一种或几种。

进一步的，所述增粘剂选自三聚磷酸钠、六偏磷酸钠或多聚磷酸钠。

进一步的，所述分散剂选自硼酸，硫酸铝，乳酸铝，碳酸钠、碳酸氢钠中的至少一种。

进一步的，所述表面活性剂选自十二烷基苯磺酸钙、木质素磺酸钠、十二烷基硫酸钠、壬基酚聚氧乙烯醚磷酸酯和脂肪醇聚氧乙烯醚磷酸酯铵盐中的至少一种。

进一步的，所述高分子吸水树脂选自聚丙烯酸酯类、聚乙烯醇类、醋酸乙烯共聚物类、聚氨酯类、聚环氧乙烷类或淀粉接枝共聚物类，或者前述两种或两种以上聚合物的混合。

进一步的，所述悬浮剂选自甲基纤维素、羟甲基甲基纤维素、羟乙基甲基纤维素、黄原胶、海藻酸钠、阿拉伯胶、膨润土、白炭黑、淀粉和丙烯酸中的至少一种。

进一步的，所述添加剂的重量份比组成为：50份-70份的硅酸盐材料、0.5份-2份的三聚磷酸钠、3份-7份的碳酸钠、7份-13份的木质素磺酸钠、3份-8份的羟甲基甲基纤维素、3份-8份的聚丙烯酸酯类高分子吸水树脂和3份-8份的稀释剂。

进一步的，所述硅酸盐材料选自蒙脱石、高岭土或硅酸钠；所述稀释剂为丹宁或栲胶。

一种矿用灭火材料添加剂在煤矿井下充填灌浆材料制备中的应用，将添加剂研磨混匀至粉料粒径在200μm以下，得到灭火材料添加剂粉末，取粉煤灰，以水灰质量比3:1制备浆料，然后添加浆料重量1％的灭火材料添加剂粉，得到灌浆浆料，利用浓浆泵将灌浆浆料通过管路输送至燃烧的煤矿井下进行灭火和防火。

本发明的有益效果是：

(1)、原料成本低廉，绿色环保，无毒、无味，对人体及设备无污染、无腐蚀。

(2)、该矿用灭火材料添加剂保水能力强，失水速度慢。在煤层矸石表面形成稳定的抗氧化含水隔断层。隔地地质煤层与氧气的接触，可充分包裹覆盖煤炭颗粒。

(3)、该矿用灭火材料添加剂自身不燃烧，不助燃。热稳定性高、高温煅烧不产生有害气体。

(4)、把混有矿用灭火材料添加剂的充填物充填注入煤层表面均匀扩散。充填物受热不会产生大量水煤气。

(5)、添加了矿用灭火材料添加剂的充填物料具有优异的润滑性减少对注浆设备及管路的磨损。有优异的悬浮性，经72小时实验，物料未见沉降分层，有优异的管道流动性，可以确保充填物料在细管道、长距离高压输送下不堵管。

(6)、添加了矿用灭火材料添加剂的充填物料具有很强的在吸水复原性。充填物料在高温失水后，遇水遇湿吸水回复保湿保水性能。

具体实施方式

实施例1

称取65g蒙脱石粉、4g碳酸钠、1g三聚磷酸钠、5g栲胶、5g羟甲基甲基纤维素、10g木质素磺酸钠和5g高分子吸水树脂，研磨混匀至粉料粒径在200μm以下，得到矿用灭火材料添加剂。

实施例2

称取50g蒙脱石粉、3g碳酸钠、0.5g三聚磷酸钠、3g栲胶、3g羟甲基甲基纤维素、7g木质素磺酸钠和3g高分子吸水树脂，研磨混匀至粉料粒径在200μm以下，得到矿用灭火材料添加剂。

实施例3

称取70g蒙脱石粉、7g碳酸钠、2g三聚磷酸钠、8g栲胶、8g羟甲基甲基纤维素、13g木质素磺酸钠和8g高分子吸水树脂，研磨混匀至粉料粒径在200μm以下，得到矿用灭火材料添加剂。

实施例4

称取65g高岭土、4g碳酸钠、1g三聚磷酸钠、5g丹宁、5g羟甲基甲基纤维素、10g木质素磺酸钠和5g高分子吸水树脂，研磨混匀至粉料粒径在200μm以下，得到矿用灭火材料添加剂。

实施例5

称取40g水玻璃、1g碳酸钠、0.1g三聚磷酸钠、1g栲胶、1g羟甲基甲基纤维素、5g木质素磺酸钠和1g聚丙烯酸酯类高分子吸水树脂，研磨混匀至粉料粒径在200μm以下，得到矿用灭火材料添加剂。

实施例6

称取80g高岭土、10g碳酸钠、5g三聚磷酸钠、10g栲胶、10g羟甲基甲基纤维素、20g木质素磺酸钠和10g高分子吸水树脂，研磨混匀至粉料粒径在200μm以下，得到矿用灭火材料添加剂。

对比例1为将实施例1中三聚磷酸钠替换为丙烯酸，其他材料及重量配比均同实施例1；

对比例2为将实施例1中木质素磺酸钠替换为十二烷基硫酸钠，其他材料及重量配比均同实施例1；

对比例3为将实施例1中栲胶去除，其他材料及重量配比均同实施例1。

本发明实施例1～实施例3添加剂性能测试:

(1)取粉煤灰，以水灰质量比3:1制备灌浆浆料，然后添加浆料重量1％的实施例1～实施例3制备的添加剂，搅拌均匀，静置72小时，计算析水体积/浆料总体积的百分比，以评价添加剂对灌浆浆料的悬浮性影响，比值越低悬浮效果越好，具体结果如下：

实施例1实施例2实施例3对比例1对比例2对比例3百分比(％)3.66.17.327.318.941.1

(2)燃烧煤样测试

制备温度在500℃左右的燃烧煤样本，采用试验(1)中方法制备的灌浆浆料处理样本，采用气相色谱测定CO浓度，具体结果如下：

实施例1实施例2实施例3对比例1对比例2对比例3ppm2074358946328987694311742

(3)实际应用

取开口铁桶一个，填满碎煤和50公斤0号柴油，置于搅拌池50米外，利用浓浆泵将上述制备的灌浆浆料通过内径10公分的橡胶管输送至燃烧的铁桶中，2分钟后燃煤完全熄灭；

另外，在实际煤矿应用中，不仅阻燃效果明显，而且没有堵管事故，输浆正常，管道使用有效断面及寿命大大提高。有力保证了矿井防灭火充填灌浆浆料的安全及高效；

本发明添加剂适用添加于粉煤灰、黄泥和白泥等煤矿井下充填灌浆材料，使其具有优异的防灭火性能。

需要注意的是，实施例4～实施例6的添加剂制备浆料同样取得了上述类似的效果，数据在此不一一列出。

以上仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。