一种防治煤炭自燃的塑性凝胶材料制造技术

本发明专利技术提供了一种防治煤炭自燃的塑性凝胶材料，包括水、交联剂、增韧剂、促凝剂、骨料和水玻璃。其中，交联剂(AlCit)是由聚合氯化铝溶液和柠檬酸溶液按一定的比例混合，再由氢氧化钠溶液中和得到；促凝剂为碳酸氢钾、碳酸氢钠、碳酸氢铵、碳酸钠和葡萄糖酸‑δ‑内酯(GDL)中的一种或几种；增韧剂为预糊化淀粉、海藻酸钠、羧甲基纤维素、聚丙烯酰胺中的一种或几种；骨料为粉煤灰或膨润土。本发明专利技术的塑性凝胶材料具有较好的保水性、韧性以及阻化性能，有效解决了传统无机硅凝胶固结体失水后易开裂、粉化等问题，并能有效降低材料成本，相对传统凝胶，其能覆盖在燃烧煤体的表面，显著降低火源温度、热辐射和CO的产生量，灭火稳定，不会出现复燃现象。此外，塑性凝胶可以粘附在煤体裂隙，达到很好的堵漏风效果。

A kind of plastic gel material for prevention and control of coal spontaneous combustion

The invention provides a plastic gel material for preventing and treating coal spontaneous combustion, including water, crosslinking agent, toughening agent, coagulant, aggregate and water glass. Among them, crosslinking agent (AlCit) is obtained by mixing polyaluminium chloride solution and citric acid solution in a certain proportion and neutralizing in sodium hydroxide solution; coagulation promoter is potassium bicarbonate, sodium bicarbonate, ammonium bicarbonate, sodium carbonate and gluconate lactone (GDL); toughening agent is pregelatinized starch, sodium alginate, carboxymethyl cellulose and polyacrylamide. One or more; aggregate is fly ash or bentonite. The plastic gel material of the invention has better water holding capacity, toughness and retarding property, effectively solves the problems of easy cracking and powdering of the traditional inorganic silica gel solidified body after losing water, and effectively reduces the material cost. Compared with the traditional gel, it can cover the surface of the burning coal body, significantly reduce the temperature of the fire source, the heat radiation and the production of CO, and extinguish the fire steadily. Burning phenomenon. In addition, the plastic gel can adhere to the cracks in the coal body and achieve good plugging effect.

【技术实现步骤摘要】
一种防治煤炭自燃的塑性凝胶材料
本专利技术涉及防灭火材料
，具体涉及一种防治煤炭自燃的塑性凝胶材料。
技术介绍
煤炭自燃严重地威胁着我国矿井的安全生产，煤炭自燃引发的火灾不但造成大量的人员伤亡和财产损失，还会引起生态环境退化、大气污染等严重问题。为防治煤炭自燃，国内外广泛采用采空区灌浆、喷阻化剂、注惰性气体、注三相泡沫、注胶体；在巷道高冒区注水泥泡沫或充填高分子泡沫堵漏风等。这些技术在保证矿井安全生产方面发挥重要作用的同时也存在着一些问题：如传统灌浆技术在实施过程中浆体材料(粉煤灰、黄泥等)和水易分离，会影响工作面的正常生产；卤盐类(MgCl2、CaCl2、ZnCl2)物理阻化剂价格便宜，但是阻化作用时间较短；尿素、硼酸二胺、磷酸二铵、氨基甲酸脂等化学阻化剂因价格昂贵不适合推广应用。惰性气体防灭火技术所用的惰性气体(CO2、N2)易随漏风扩散，不易滞留在注入的区域内。三相泡沫的稳定性差，不能长期封闭火区。巷道喷涂、高冒区充填堵漏风所使用的高分子泡沫成本高，同时材料发泡过程放热，易引起煤自燃或瓦斯爆炸。由此可见，现有的防灭火材料都存在不同程度的缺陷，为加快现有火区的治理速度和遏制新火区的发生，迫切需要研发矿井防灭火的新材料，跳出现有理论和技术框架，寻找更为有效的防灭火材料和技术。
技术实现思路
为了解决目前防治煤炭自然的灭火材料存在的问题，本专利技术创新性地提出“塑性凝胶防治煤炭自燃”的新概念，塑性凝胶是指水溶性高分子与交联剂经适度交联形成的三维交联网络与钠盐水玻璃基料在碳酸氢钠促凝作用下形成的无机硅凝胶网络交织在一起，再掺杂骨料组成的多元体系。本专利技术采用的技术方案：一种防治煤炭自燃的塑性凝胶材料，包括水、交联剂、增韧剂、促凝剂、骨料和水玻璃。优选地，所述水玻璃的波美度为20-40，模数为2-4，质量浓度为5-40％。优选地，塑性凝胶材料中，按重量百分比，水为52-80％、交联剂为0.4-10％、增韧剂为0.01-3％、促凝剂为1-15％、骨料为7-20％、水玻璃为7-20％。优选地，所述交联剂先由聚合氯化铝溶液和柠檬酸钠溶液混合，再由NaOH溶液调节其pH值制得。优选地，所述pH值为5.95-6.05。优选地，所述聚氯化铝溶液的浓度为10-30wt％，柠檬酸钠溶液的浓度为5-20wt％，将两溶液按质量比3:1～1:4混合，得到AlCit溶液。优选地，所述促凝剂为碳酸氢钾、碳酸氢钠、碳酸氢铵、碳酸钠、葡萄糖酸-δ-内酯中的一种或几种。优选地，所述增韧剂为高吸水树脂、预糊化淀粉、海藻酸钠、羧甲基纤维素、聚丙烯酰胺中的一种或几种。优选地，所述骨料为膨润土或粉煤灰。上述技术方案中，塑性凝胶具有较好的保水性、韧性、阻化性能以及灭火性能，可以有效解决传统无机硅凝胶固结体失水后易开裂、粉化等问题，灭火效果显著。其防灭火的优势主要体现在以下几个方面：(1)塑性凝胶中高分子增塑剂在交联剂的作用下，与水玻璃凝胶形成有机/无机互穿网络结构，增加了凝胶的韧性和强度，有利于水分的保存，有效解决传统水玻璃凝胶韧性差、易开裂等问题，具有良好的堵漏、降温作用；(2)塑性凝胶的双组份浆液为中粘度流体，通过调节促凝剂用量，既可以快速成胶，实现近距离输送，也可以延长成胶时间，实现远距离输送；(3)塑性凝胶充分利用粉煤灰等廉价材料，降低生产成本，具有广泛的应用前景。综上所述，“塑性凝胶”不同于传统的水玻璃凝胶和高分子凝胶，其流动性好、成本低、韧性好、保水性强，是一种理想的防灭火材料。本专利技术具有的有益效果是：本专利技术的防治煤炭自燃的塑性凝胶材料具有较好的保水性、韧性以及阻化性能，有效解决了传统无机硅凝胶固结体失水后易开裂、粉化等问题；相对传统水玻璃凝胶，其能覆盖在燃烧煤体的表面，显著降低火源温度、热辐射和CO的产生量，灭火稳定，不会出现复燃现象；此外，塑性凝胶可以粘附在煤体裂隙，达到很好的堵漏风效果。附图说明图1为凝胶的保水率随聚合物掺量的变化趋势；图2为煤自燃阻化效果(程序升温过程中CO产生量)；图3为凝胶微观结构(a.传统水玻璃凝胶，b.塑性凝胶1，c.塑性凝胶2，d.塑性凝胶3，e.塑性凝胶4)；图4为白色团状物的XRD示意图。具体实施方式下面结合具体实施例和附图对本专利技术进行具体的说明：实施例1配制20wt％的聚氯化铝溶液10L和11wt％的柠檬酸溶液5L，然后将二者混合，制备得到AlCit溶液；配制5wt％的NaOH溶液，将NaOH溶液缓慢滴入到AlCit溶液并快速搅拌，直至混合液pH值达到5.95，制备得到交联剂。称取2kg预糊化淀粉溶解在700kg水中，搅拌至聚合物充分溶解，得聚合物溶液；然后取8kg配好的交联剂与聚合物溶液混合均匀，接着将2kg葡萄糖酸-δ-内酯(GDL)加入到上述溶液中并搅拌至其充分溶解，再向溶液中加入20kg碳酸氢钠并搅拌至其充分溶解(可以通过实际需要，调整促凝剂碳酸氢钠的量合理控制凝胶时间)，紧接着向溶液中缓慢加入100kg粉煤灰，搅拌至粉煤灰分散均匀，得到A组分。最后将一定量的B组分(水玻璃)与A组分充分混合，搅拌至粉煤灰颗粒不再沉降，形成塑性凝胶浆液(其具体实验流程可以参见其他证明文件中的图1所示)。通过启动注浆泵泵送塑性凝胶浆液，将其喷洒在燃烧的煤堆上。塑性凝胶浆液因其良好的渗透性而渗流到煤堆裂隙的每个角落，通过调整促凝剂碳酸氢钠的量可以合理控制凝胶时间，使凝胶在渗流范围最大时成胶，成胶后塑性凝胶能够覆盖在高温火源表面，起到隔绝氧气的作用，并使火源温度平稳下降，有效降低热辐射和CO的产生量，且不会出现复燃现象，此外，该凝胶可以粘附在煤体裂隙，达到很好的堵漏风效果。实施例2配制20wt％的聚氯化铝溶液10L和11wt％的柠檬酸溶液5L，然后将二者混合，制备得到AlCit溶液；配制5wt％的NaOH溶液，将NaOH溶液缓慢滴入到AlCit溶液并快速搅拌，直至混合液pH值达到5.96，制备得到交联剂。称取2kg羧甲基纤维素溶解在700kg水中，搅拌至聚合物充分溶解，得聚合物溶液；然后取8kg配好的交联剂与聚合物溶液混合均匀，接着将2kg葡萄糖酸-δ-内酯(GDL)加入到上述溶液中并搅拌至其充分溶解，再向溶液中加入20kg碳酸氢钠并搅拌至其充分溶解(可以通过实际需要，调整促凝剂碳酸氢钠的量合理控制凝胶时间)，紧接着向溶液中缓慢加入100kg粉煤灰，搅拌至粉煤灰分散均匀，得到A组分。最后将一定量的B组分(水玻璃)与A组分充分混合，搅拌至粉煤灰颗粒不再沉降，形成塑性凝胶浆液。通过启动注浆泵泵送塑性凝胶浆液，将其喷洒在燃烧的煤堆上。塑性凝胶浆液因其良好的渗透性而渗流到煤堆裂隙的每个角落，通过调整促凝剂碳酸氢钠的量可以合理控制凝胶时间，使凝胶在渗流范围最大时成胶，成胶后塑性凝胶能够覆盖在高温火源表面，起到隔绝氧气的作用，并使火源温度平稳下降，有效降低热辐射和CO的产生量，且不会出现复燃现象，此外，该凝胶可以粘附在煤体裂隙，达到很好的堵漏风效果。实施例3配制20wt％的聚氯化铝溶液10L和11wt％的柠檬酸溶液5L，然后将二者混合，制备得到AlCit溶液；配制5wt％的NaOH溶液，将NaOH溶液缓慢滴入到AlCit溶液并快速搅拌，直至混合液pH值达到5.97，制备得到交联剂。称取2kg海藻酸钠溶解在700kg水本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种防治煤炭自燃的塑性凝胶材料，其特征在于，包括水、交联剂、增韧剂、促凝剂、骨料和水玻璃。

【技术特征摘要】
1.一种防治煤炭自燃的塑性凝胶材料，其特征在于，包括水、交联剂、增韧剂、促凝剂、骨料和水玻璃。2.根据权利要求1所述的一种防治煤炭自燃的塑性凝胶材料，其特征在于，所述水玻璃的波美度为20-40，模数为2-4，质量浓度为5-40％。3.根据权利要求2所述的一种防治煤炭自燃的塑性凝胶材料，其特征在于，按重量百分比，水为52-80％、交联剂为0.4-10％、增韧剂为0.01-3％、促凝剂为1-15％、骨料为7-20％、水玻璃为7-20％。4.根据权利要求1-3任一项所述的一种防治煤炭自燃的塑性凝胶材料，其特征在于，所述交联剂先由聚合氯化铝溶液和柠檬酸钠溶液混合，再由NaOH溶液调节其pH值制得。5.根据权利要求4所述的一种防治煤炭自燃的塑性凝胶材料，其特征在于，...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡相明，程卫民，吴明跃，赵艳云，陆伟，孔彪，薛迪，
申请(专利权)人：山东科技大学，
类型：发明
国别省市：山东,37