一种用于防治煤炭自燃的水泥泡沫材料制造技术

本发明专利技术公开了一种用于防治煤炭自燃的水泥泡沫材料，按重量份，包括以下原料：硅酸盐水泥88～91.2、偏铝酸钠2～2.5、氯化钙1.5～2、羧甲基纤维素钠0.3～0.5、十二烷基苯磺酸钠2～3、皂素2～4、水55～60。本发明专利技术用于防治煤炭自燃的水泥泡沫材料，发泡倍数高，稳定性强，凝固时间短，阻燃效果好，堵漏性强，成本低廉，流动扩散性好，可向高处堆积，对中高位煤炭均能覆盖包裹，对煤岩裂隙渗透性好，材料密度小，抗压强度大，在煤矿井下防灭火领域具有广泛的适用性。

【技术实现步骤摘要】
一种用于防治煤炭自燃的水泥泡沫材料
本专利技术涉及水泥泡沫材料领域，具体地说涉及一种用于防治煤炭自燃的水泥泡沫材料。
技术介绍
煤炭自燃是影响煤矿安全生产的主要自然灾害之一，其不仅浪费大量的煤炭资源，还极有可能引起瓦斯爆炸事故，造成重大的人员伤亡和财产损失。为防治煤炭自燃，我国从上世纪50年代开始就陆续采用灌浆、注惰气、注凝胶、注泡沫以及喷洒阻化剂等技术。这些技术对防治采空区煤炭自燃起到了积极的作用，但都存在一些不足，如：注浆，浆体只沿着地势降低的地方流动，不能均匀覆盖中、高位煤体；注惰气，气体易随漏风扩散，不易滞留在注入区域内，其灭火降温能力也较弱；注凝胶，成本高，流量小，扩散范围有限；注泡沫，泡沫稳定性差，一般8-2h即破灭，不能持久有效地防治煤炭自燃；喷洒阻化剂，不易均匀分散在煤体上，且容易腐蚀井下设备和危害工人身心健康。因此，现有技术无法有效防治煤矿井下煤炭自燃，保障矿井安全回采，有待于更进一步的改进和发展。
技术实现思路
针对现有煤矿防灭火技术的不足，本专利技术的目的是要提供一种发泡倍数高，流动性好，阻燃效果好，封堵性强，凝结时间快，成本低廉，能向高处堆积的用于防治煤炭自燃的水泥泡沫材料及其制备方法。为了解决上述技术问题，本专利技术采用如下技术方案：一种用于防治煤炭自燃的水泥泡沫材料，按重量份，包括以下原料：硅酸盐水泥88～91.2、偏铝酸钠2～2.5、氯化钙1.5～2、羧甲基纤维素钠0.3～0.5、十二烷基苯磺酸钠2～3、皂素2～4、水55～60。本专利技术选用的各原料，偏铝酸钠和氯化钙具有一定的促凝作用，能够加速水泥的水化反应进程，偏铝酸钠、氯化钙和水泥形成浆液，三者之间可以发生反应，提高水泥的水化进程，并起到迅速凝固水泥的作用；羧甲基纤维素钠可以在水泥颗粒与气泡之间的界面形成一层薄膜，起到润滑作用，提高气泡的韧性、可压缩性和寿命，同时可以提高水泥泡沫的流动性和保水性，改善水泥泡沫成型后的性能，羧甲基纤维素钠能够形成稠化溶液，提高水泥泡沫的保水性，并能增强其流动性和可泵送性；十二烷基苯磺酸钠和皂素复配制成复合发泡剂，可以显著降低水的表面张力，提高溶液发泡能力，并且制备的泡沫具有优异的稳定性。进一步地，硅酸盐水泥的粒度为3～40微米。在实施本专利技术的过程中，专利技术人发现粒度为3～40微米的硅酸盐水泥既能满足本专利技术水泥泡沫初期强度要求，也能满足凝固时间快的要求，粒度在3微米以下时，虽然凝固时间快，但强度较小，粒度在40微米以上时，强度虽然满足要求，但凝固时间过长。上述用于防治煤炭自燃的水泥泡沫材料的制备方法，包括以下步骤：(1)将硅酸盐水泥、偏铝酸钠和氯化钙混合均匀，形成复合水泥粉体；(2)将水、羧甲基纤维素钠、十二烷基苯磺酸钠和皂素混合，并通过高速搅拌发泡，形成泡沫；(3)在搅拌条件下，将复合水泥粉体加入到泡沫中，制得所述用于防治煤炭自燃的水泥泡沫材料。本专利技术的有益效果体现在：本专利技术用于防治煤炭自燃的水泥泡沫材料，发泡倍数高(8～10倍)，稳定性强，凝固时间短(30～40分钟)，阻燃效果好(传热系数为0.045～0.061W/(m·K))，堵漏性强(能封堵15Kpa的气体压力)，成本低廉，流动扩散性好(粘度为4400～4600mpa·s)，可向高处堆积，对中高位煤炭均能覆盖包裹，对煤岩裂隙渗透性好，材料密度小(密度为300～400kg/m3)，抗压强度大(抗压强度达1.5Mpa以上)，在煤矿井下防灭火领域具有广泛的适用性。本专利技术用于防治煤炭自燃的水泥泡沫材料的制备方法工艺简单，操作方便，耗能低，适用于工业化大规模生产。本专利技术主要原材料为硅酸盐水泥，偏铝酸钠和氯化钙等，来源广泛，操作工艺简单。具体实施方式下面结合实施例来详细说明本专利技术。实施例1一种用于防治煤炭自燃的水泥泡沫材料，按重量份，包括以下原料：硅酸盐水泥89、偏铝酸钠2、氯化钙1.5、羧甲基纤维素钠0.3、十二烷基苯磺酸钠2、皂素2、水55，硅酸盐水泥的粒度为3微米。上述用于防治煤炭自燃的水泥泡沫材料的制备方法如下：(1)按配方称取硅酸盐水泥、偏铝酸钠和氯化钙，投入到干混搅拌器中，充分搅拌(搅拌速率为40转/分钟)混合，形成复合水泥粉体，备用；(2)按配方称取水、羧甲基纤维素钠、十二烷基苯磺酸钠和皂素，投入到混合容器中，采用电动搅拌机高速搅拌(搅拌速度为3000转/分钟)发泡，当泡沫体积基本稳定时，停止搅拌，制成泡沫；(3)在搅拌(搅拌速率为950转/分钟)条件下，将复合水泥粉体缓慢(3重量份/分钟)地加入到泡沫中，继续搅拌，直到形成能够自由流动，具有一定稠度的泡沫体，即为所述用于防治煤炭自燃的水泥泡沫材料。本实施例的用于防治煤炭自燃的水泥泡沫材料，发泡倍数达到10倍，凝固时间为30～33分钟，传热系数为0.045W/(m·K)，能封堵15Kpa的气体压力，粘度为4400mpa·s，密度为300kg/m3，抗压强度达1.5Mpa，可向高处堆积，对中高位煤炭均能覆盖包裹，对煤岩裂隙渗透性好，稳定性强。实施例2一种用于防治煤炭自燃的水泥泡沫材料，按重量份，包括以下原料：硅酸盐水泥91.2、偏铝酸钠2.5、氯化钙2、羧甲基纤维素钠0.5、十二烷基苯磺酸钠3、皂素4、水60，硅酸盐水泥的粒度为25微米。上述用于防治煤炭自燃的水泥泡沫材料的制备方法如下：(1)按配方称取硅酸盐水泥、偏铝酸钠和氯化钙，投入到干混搅拌器中，充分搅拌(搅拌速率为40转/分钟)混合，形成复合水泥粉体，备用；(2)按配方称取水、羧甲基纤维素钠、十二烷基苯磺酸钠和皂素，投入到混合容器中，采用电动搅拌机高速搅拌(搅拌速度为2850转/分钟)发泡，当泡沫体积基本稳定时，停止搅拌，制成泡沫；(3)在搅拌(搅拌速率为1000转/分钟)条件下，将复合水泥粉体缓慢(3重量份/分钟)地加入到泡沫中，继续搅拌，直到形成能够自由流动，具有一定稠度的泡沫体，即为所述用于防治煤炭自燃的水泥泡沫材料。本实施例的用于防治煤炭自燃的水泥泡沫材料，发泡倍数达到9倍，凝固时间为35～38分钟，传热系数为0.055W/(m·K)，能封堵15Kpa的气体压力，粘度为4530mpa·s，密度为350kg/m3，抗压强度达1.65Mpa，可向高处堆积，对中高位煤炭均能覆盖包裹，对煤岩裂隙渗透性好，稳定性强。实施例3一种用于防治煤炭自燃的水泥泡沫材料，按重量份，包括以下原料：硅酸盐水泥88、偏铝酸钠2.3、氯化钙1.7、羧甲基纤维素钠0.34、十二烷基苯磺酸钠2.5、皂素3、水58，硅酸盐水泥的粒度为40微米。上述用于防治煤炭自燃的水泥泡沫材料的制备方法如下：(1)按配方称取硅酸盐水泥、偏铝酸钠和氯化钙，投入到干混搅拌器中，充分搅拌(搅拌速率为40转/分钟)混合，形成复合水泥粉体，备用；(2)按配方称取水、羧甲基纤维素钠、十二烷基苯磺酸钠和皂素，投入到混合容器中，采用电动搅拌机高速搅拌(搅拌速度为3150转/分钟)发泡，当泡沫体积基本稳定时，停止搅拌，制成泡沫；(3)在搅拌(搅拌速率为1050转/分钟)条件下，将复合水泥粉体缓慢(3重量份/分钟)地加入到泡沫中，继续搅拌，直到形成能够自由流动，具有一定稠度的泡沫体，即为所述用于防治煤炭自燃的水泥泡沫材料。本实施例的用于防治煤炭自燃的水泥泡沫材料，发泡倍数达到8倍，凝固时间为本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于防治煤炭自燃的水泥泡沫材料，其特征在于，按重量份，包括以下原料：硅酸盐水泥88～91.2、偏铝酸钠2～2.5、氯化钙1.5～2、羧甲基纤维素钠0.3～0.5、十二烷基苯磺酸钠2～3、皂素2～4、水55～60。

【技术特征摘要】
1.一种用于防治煤炭自燃的水泥泡沫材料，其特征在于，按重量份，包括以下原料：硅酸盐水泥88～91.2、偏铝酸钠2～2.5、氯化钙1.5～2、羧甲基纤维素钠0.3～0.5、十二烷基苯磺酸钠2～3、皂素2～4、水55～60。2.如权利要求1所述的用于防治煤炭自燃的水泥泡沫材料，其特征在于，硅酸盐水泥的粒度为3～40微米。3.如...

【专利技术属性】
技术研发人员：张雷林，石必明，伍清，张美齐，吴攀，牛宜辉，
申请(专利权)人：安徽理工大学，
类型：发明
国别省市：安徽,34