煤巖體防滅火材料的制作方法
【專利摘要】本發明涉及一種煤巖體防滅火材料，屬于一種礦用滅火材料和高溫控制材料。該材料由水玻璃、聚丙烯酸鈉、聚丙烯酰胺、羥乙基纖維素或羥丙基甲基纖維素構成，使用時加50-200倍重量份水而形成膠體，用于防滅火噴涂作業。該材料具有高含水、抗煤體氧化、干燥成膜致密性優、和煤體粘附力強、耐高溫等優異性能，能有效實現對煤體密封隔氧、降溫、阻止煤體氧化、隔熱和滅火的目的。
【專利說明】煤巖體防滅火材料
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種煤巖體防滅火材料,具體而言，屬于一種礦用滅火材料和高溫控制材料。
【背景技術】
[0002]礦井火災是直接威脅礦井安全生產的主要災害之一。按礦內火災引起的熱源不同，可分為外源火災和煤的自燃火災兩類。外源火災是指由外來熱源一明火(吸煙、燈火)、放炮、機械摩擦、電流短路等引燃可燃物造成的火災。而自燃火災是指由破碎狀態存在的煤炭接觸空氣，氧化發熱，熱量集聚而導致著火的火災。我國煤礦自然發火非常嚴重，有56%的煤礦存在自然發火問題，而我國統配和重點煤礦中具有自然發火危險的礦井約占47%，礦井自然發火又占總發火次數的94%，其中采空區自燃則占內因火災的60%。
[0003]煤礦井下條件惡劣，如溫度高、濕度大、散熱差等環境條件，對井下生產安全構成嚴重威脅。特別是一些礦區的煤質具有內在水分高、揮發分高的特點，容易自燃，對井下采煤作業生產構成了很大的威脅。因此，煤的自燃火災是當今煤礦防滅火技術研究的重點所在。
[0004]在礦井救災過程中，因密閉不及時、密閉范圍過大，控制火勢時間較長，和快速密閉無法實現延時自動密閉，引起二次事故發生的事例也不勝枚舉。造成這些事故及損失的主要原因是我國煤礦整體防滅火技術水平和裝備能力與生產發展不相適應。
[0005]為了加強煤礦防滅火安全技術，我國從50年代起就在煤礦推廣了黃泥灌漿防火技術，60年代至70年代又研究出了阻化劑防火、均壓通風、高倍數泡沫滅火等技術，80年代至90年代則研究了礦井自然發火預測系統、惰氣防滅火、快速高效堵漏風、帶式輸送機火災防治等技術，并逐步形成適應普通采煤法和高產高效采煤法的綜合防滅火技術。
[0006]時至今日，我國煤礦的自然發火形勢依然嚴峻，礦井火災防治工作仍然是礦井安全生產所面臨的一項艱巨任務，因此，伴隨技術的不斷發展，煤巖體防滅火材料仍有待進一
少兀吾。
【發明內容】
[0007]本發明的目的在于提供一種煤巖體防滅火材料。
[0008]本發明所述的煤巖體防滅火材料由無機物和有機物兩部分組成。使用時加50-200倍重量份水而形成膠體，用于防滅火噴涂和注膠等作業。
[0009]其中，無機物組分為水玻璃；所述的有機物包括聚丙烯酸鈉、聚丙烯酰胺、羥乙基纖維素(HEC)或羥丙基甲基纖維素(HPMC);所述的煤巖體防滅火材料具有如下重量份配比:
[0010]1.水玻璃:0-50重量份；
[0011]2.聚丙烯酸鈉:10-40重量份；
[0012]3.聚丙烯酰胺:5-20重量份；[0013]4.羥乙基纖維素或羥丙基甲基纖維素:10-50重量份。
[0014]所述的重量份可以是噸、Kg、斤等常用的重量/質量單位。
[0015]水玻璃俗稱泡花堿，是一種水溶性硅酸鹽。其化學式為R20.mSi02,式中R2O為堿金屬氧化物，常用的水玻璃中R2O為氧化鈉或氧化鉀兩類。m為二氧化硅與堿金屬氧化物摩爾數的比值，稱為水玻璃的模數。本發明中的水玻璃可使用硅酸鈉或硅酸鉀。
[0016]本發明優選的水玻璃為硅酸鈉。
[0017]所述的硅酸鈉進一步優選使用模數為2.2-2.5。
[0018]模數是硅酸鈉的重要參數，一般在1.5-3.5之間。模數越大，固體硅酸鈉越難溶于水，m為I時常溫水即能溶解，m加大時需熱水才能溶解，m大于3時，需四個大氣壓以上的蒸汽才能溶解。硅酸鈉模數越大，氧化硅含量越多，硅酸鈉粘度增大，易于分解硬化，粘結力增大，因此不同模數的硅酸鈉有著不同的用處。
[0019]本發明所述的硅酸鈉還可以優選速溶粉狀硅酸鈉，又稱速溶泡花堿、水合硅酸鈉。其產品外觀潔白，呈粉末狀，均勻性好。運輸、儲存和使用非常方便。廣泛應用于冶金、電力、石化及建材工業中。被用來做為不定形耐火材料中的粘結劑、工業清洗劑、防腐劑，在制皂和耐酸水泥、精細陶瓷工業以及精密鑄造業的快干劑和增強劑等。速溶粉狀硅酸鈉產品還具有液體泡花堿所具有的一切性能和應用。
[0020]速溶粉狀硅酸鈉分子式Na20.HiSiO2.ηΗ20,是硅酸鈉的水合物，式量一般在280-350之間。與通過機械粉碎的無水粉末狀硅酸鈉相比，速溶粉狀硅酸鈉在水溶速度、純凈程度等方面，具有優勢。速溶粉狀硅酸鈉屬于精細化工產品，系對干法(芒硝法、純堿法)泡花堿經過化料、過濾、調模、噴霧干燥等加工過程制得的。
[0021]上述水玻璃的加入量為0-50重量份。
[0022]聚丙烯酸鈉，CAS號為 9003-04-7,英文名 Sodium polyacrylate,縮寫 PAAS 或簡稱PAA-Na，是一種水溶性直鏈高分子聚合物。商品形態的聚丙烯酸鈉，相對分子質量一般為IO3-1O7數量級，隨著相對分子質量增大，聚丙烯酸鈉可以無色稀溶液，透明彈性膠體，乃至固體形態存在。性質、用途也隨相對分子質量不同而有明顯區別。
[0023]固體商品為白色粉末或顆粒，無臭無味，遇水膨脹，易溶于苛性鈉水溶液。吸濕性極強。具有親水和疏水基團的高分子化合物。緩慢溶于水形成極粘稠的透明液體，粘性并非吸水膨潤(如羧甲基纖維素CMC，海藻酸鈉)產生，而是由于分子內許多陰離子基團的離子現象使分子鏈增長，表現粘度增大而形成高粘性溶液。其粘度約為CMC、海藻酸鈉的15-20倍。加熱處理、中性鹽類、有機酸類對其粘性影響很小，堿性時則粘性增大。不溶于乙醇、丙酮等有機溶劑。強熱至300度不分解。久存粘度變化極小，不易腐敗。因系電解質，易受酸及金屬離子的影響，粘度降低。遇足量二價以上金屬離子(如鋁、鉛、鐵、鈣、鎂、鋅)形成其不溶性鹽，引起分子交聯而凝膠化沉淀。但是二價金屬離子量少時仍為溶液，因此可作為洗滌助劑，起到防止污垢再沉積的作用。pH = 4.0以下時可能產生沉淀。
[0024]本發明使用的聚丙烯酸鈉選用高分子量產品作為原料，分子量優選為106_107。
[0025]所述的聚丙烯酸鈉加入量為10-40重量份。
[0026]聚丙烯酰胺(PAM)為水溶性高分子聚合物，不溶于大多數有機溶劑，具有良好的絮凝性，可以降低液體之間的磨擦阻力，按離子特性分可分為非離子、陰離子、陽離子和兩性型四種類型。物理性質對比如下:[0027]
名稱物理性質無色或'淡黃色稠膠體、無臭、中性、溶于水、不'溶于Z1醇、MS,溫度超過120°C時易分解，絮凝，沉降，補強等作用。非離子型聚丙烯酰 為大分子鏈上不含離子基團，但酰胺基與許多物質，如粘土、纖胺維素等能產生氫鍵.因吸附架橋而絮凝。陽離子型聚丙烯酰 本品水溶液是高分子電解質，帶有正電荷(活性基)，對懸浮的胺有機膠體和有機化合物可有效地凝聚，并能強化固液分離過程。陰離子型聚丙烯酰 在中性和堿性介質中呈高聚物電解質的特征，對鹽類電解質敏胺感。與高價金屬離子能聯成不溶性凝膠體。
[0028]本發明優選使用陽離子型聚丙烯酰胺。
[0029]陽離子聚丙烯酰胺(CPAM)是線型高分子化合物，由于它具有多種活潑的基團，可與許多物質親和、吸附形成氫鍵。主要是絮凝帶負電荷的膠體，具有除濁、脫色、吸附、粘合等功能，適用于染色、造紙、食品、建筑、冶金、選礦、煤粉、油田、水產加工與發酵等行業有機膠體含量較高的廢水處理，特別適用于城市污水、城市污泥、造紙污泥及其它工業污泥的脫水處理。
[0030]陽離子型聚丙烯酰胺的分子量通常為800萬-1200萬。其水溶性好，在冷水中也能完全溶解。添加少量陽離子聚丙烯酰胺產品，即可得到極大的絮凝效果。一般只需添加
0.01?IOppm(0.01?10g/m3)，即可充分發揮作用。
[0031]所述的陽離子型聚丙烯酰胺優選使用超高分子量產品，分子量為1000萬-1200萬。
[0032]所述的陽離子型聚丙烯酰胺優選加入量為5-20重量份。
[0033]羥乙基纖維素(HEC)是一種白色或淡黃色，無味、無毒的纖維狀或粉末狀固體，由堿性纖維素和環氧乙烷(或氯乙醇)經醚化反應制備，屬非離子型可溶纖維素醚類。由于HEC具有良好的增稠、懸浮、分散、乳化、粘合、成膜、保護水分和提供保護膠體等特性，已被廣泛應用在石油開采、涂料、建筑、醫藥食品、紡織、造紙以及高分子聚合反應等領域。
[0034]羥乙基纖維素作為一種非離子型的表面活性劑，除具有增稠、懸浮、粘合、浮化、成膜、分散、保水及提供保護膠體作用外，還可溶于熱水或冷水，高溫或煮沸不沉淀，具有大范圍的溶解性和粘度特性，及非熱凝膠性；非離子型可與大范圍內的其他水溶性聚合物、表面活性劑、鹽共存，是含高濃度電解質溶液的一種優良的膠體增稠劑；保水能力比甲基纖維素高出一倍，具有較好的流動調節性；HEC的分散能力與公認的甲基纖維素和羥丙基甲基纖維素相比分散能力最差，但保護膠體能力最強。
[0035]本發明所述的羥乙基纖維素優選經端基修飾后的羥乙基纖維素。
[0036]所述的端基修飾是指對纖維素端羥基進行堿化、醚化、交聯縮醛等反應，處理后的纖維素同等條件下水溶液粘度有所提高、溶解速度加快。對羥乙基纖維素進行端基修飾改性的處理過程，可參照《速溶型羧甲基纖維素的制備研究》(《河南化工》，2002年，第6期)。[0037]所述的羥乙基纖維素可以用羧甲基纖維素或羥丙基甲基纖維素替代。
[0038]羧甲基纖維素，是纖維素的羧甲基團取代產物。根據其分子量或取代程度，可以是完全溶解的或不可溶的多聚體，后者可作為弱酸型陽離子交換劑，用以分離中性或堿性蛋白質等。羧甲基纖維素可形成高粘度的膠體、溶液、有粘著、增稠、流動、乳化分散、賦形、保水、保護膠體、薄膜成型、耐酸、耐鹽、懸濁等特性，且生理無害，因此在食品、醫藥、日化、石油、造紙、紡織、建筑等領域生產中得到廣泛應用。
[0039]羧甲基纖維素鈉(CMC)屬陰離子型纖維素醚類，外觀為白色或微黃色絮狀纖維粉末或白色粉末，無嗅無味，無毒；易溶于冷水或熱水，形成具有一定粘度的透明溶液。溶液為中性或微堿性，不溶于乙醇、乙醚、異丙醇、丙酮等有機溶劑，可溶于含水60%的乙醇或丙酮溶液。有吸濕性，對光熱穩定，粘度隨溫度升高而降低，溶液在PH值2?10穩定，PH低于2，有固體析出，PH值高于10粘度降低。
[0040]羥丙基甲基纖維素(HPMC)，別名為羥丙甲纖維素、纖維素羥丙基甲基醚。為非離子型纖維素醚，外觀為白色的粉末，無嗅無味。采用高度純凈的棉纖維素作為原料，在堿性條件下經專門醚化而制得，不含任何動物器官和油脂等活性成分。
[0041]HPMC溶于水及大多數極性溶劑，以及適當比例的乙醇/水、丙醇/水、二氯乙烷等，在乙醚、丙酮、無水乙醇不溶，在冷水中溶脹成澄清或微濁的膠體溶液。水溶液具有表面活性，透明度高、性能穩定。
[0042]HPMC具有熱凝膠性質，產品水溶液加熱后形成凝膠析出，冷卻后又溶解,不同規格的產品凝膠溫度不同。溶解度隨粘度而變化，粘度越低，溶解度越大，不同規格的HPMC其性質有一定差異，HPMC在水中溶解不受PH值影響。HPMC具有增稠能力，排鹽性、pH穩定性、保水性、尺寸穩定性、優良的成膜性以及廣泛的耐酶性、分散性和粘結性等特點。
[0043]本發明使用的HPMC顆粒度為100目，通過率大于98.5%，堆密度為0.25?0.70g/cm3，優選0.4g/cm3，比重為1.26?1.31。其變色溫度為180?200°C，炭化溫度為280?300°C,甲氧基值 19.0%~ 30.0%，羥丙基值 4%?12% ;黏度為 5 ?200000mPa.s(22°C，2% )。
[0044]所述的羥乙基纖維素或羧甲基纖維素的加入量為10-50重量份。
[0045]本發明所述的重量份可以是噸、Kg、斤等常用的重量/質量單位。
[0046]本發明所述的煤巖體防滅火材料在使用時，加入50-200倍重量的水，攪拌混合均勻，即可使用噴槍將混合均勻的膠體噴射至需要隔氧阻火控制的煤巖體上，或加壓泵送至著火區。具有如下特點:
[0047]1.高吸水率；
[0048]2.速溶不結塊(加入水中攪拌不易結塊，溶解方式為先溶脹后溶解，而后形成穩定膠體)；
[0049]3.保水時間長(室溫條件下一周時間失重率< 15% )
[0050]4.粘度大附著力強(1%濃度的膠體粘度大于1000cP，2%濃度的膠體粘度可達5000cP 以上)；
[0051]5.無毒無污染。
[0052]本發明所述的煤巖體防滅火材料使用時的操作步驟如下:
[0053]1.在專用氣動攪拌釜中加入50?200份水，開啟攪拌，撒入粉料。[0054]2.待產生一定粘度后逐漸降低攪拌速率。
[0055]3.5~IOmin后形成穩定凝膠，使用氣動噴槍將膠體噴灑到需要隔氧阻火控制煤巖體上或加壓泵送至著火區。
[0056]在使用時，煤巖體防滅火材料通過攪拌混合裝置進行預混，混合均勻后，通過攪拌爸料液出口進入噴槍的料液入口，然后由噴槍進行防滅火作業。
[0057]所述的煤巖體防滅火材料是一種礦用高效滅火和高溫控制材料，應用時直接與水按適當配比混合，經專用泵進行施工。產品具有高含水、抗煤體氧化、干燥成膜致密性優、和煤體粘附力強、耐高溫等優異性能，能有效實現對煤體密封隔氧、降溫、阻止煤體氧化、隔熱和滅火的目的。施工工藝簡便易行。
[0058]當煤巖體防滅火材料(防滅火I號)被噴涂在煤巖體后，能迅速反應并凝固，生成高強度、高韌性的樹脂材料，隔絕空氣，降低熱傳遞的速度和效率，實現防滅火的目的。
[0059]上述煤巖體防滅火材料也可采用連續注膠的方式使用。使用時，開啟螺桿式電動注漿泵，調節水流量，并按照確定比例由加料口勻速加入防滅火材料(粉料)，與水經螺桿混合，形成膠體，再經螺桿加壓泵送至需處理區域即可。
[0060]該材料(防滅火I號)具有含水量高的特點，保水性優，耐高溫，無毒、無味、無污染、無腐蝕性；而且絕對阻燃，使用安全，施工快捷簡單。材料技術參數如下表:
【權利要求】
1.一種煤巖體防滅火材料，該材料由水玻璃和有機物組分構成，使用時加50-200倍重量份水而形成膠體，用于防滅火噴涂作業；所述的有機物包括聚丙烯酸鈉、聚丙烯酰胺、羥乙基纖維素或羥丙基甲基纖維素；所述的煤巖體防滅火材料具有如下重量份配比: 水玻璃:0-50重量份； 聚丙烯酸鈉:10-40重量份； 聚丙烯酰胺:5-20重量份； 羥乙基纖維素或羥丙基甲基纖維素:10-50重量份。
2.根據權利要求1所述的煤巖體防滅火材料，其特征在于，所述的水玻璃為硅酸鈉或硅酸鉀。
3.根據權利要求2所述的煤巖體防滅火材料，其特征在于，所述的水玻璃模數為2.2_2.5。
4.根據權利要求1所述的煤巖體防滅火材料，其特征在于，所述的聚丙烯酸鈉分子量為 IO6-1O7O
5.根據權利要求1所述的煤巖體防滅火材料，其特征在于，所述的聚丙烯酰胺為陽離子型聚丙烯酰胺。
6.根據權利要求5所述的煤巖體防滅火材料，其特征在于，所述的陽離子型聚丙烯酰胺分子量為1000萬-1200萬。
7.根據權利要求1所述的煤巖體防滅火材料，其特征在于，所述的羥乙基纖維素為端基修飾的羥乙基纖維素。
【文檔編號】A62D1/00GK103537038SQ201210243676
【公開日】2014年1月29日 申請日期:2012年7月16日 優先權日:2012年7月16日
【發明者】劉鵬, 郭茹, 張寧寧, 王紅雷 申請人:山東固安特新材料科技股份有限公司