一种防治煤层自燃的高分子乳液阻化剂及制备方法和应用技术

本发明专利技术属于煤矿采空区煤层防火材料领域，公开了一种防治煤层自燃的高分子乳液阻化剂及制备方法和应用，防治煤层自燃的高分子乳液阻化剂，由以下质量百分比的组分组成：高分子基料40％、乳化剂1.6‑1.8％、引发剂0.2‑0.3％、改性剂10.6‑10.7％、保护剂3.3％、增塑剂4％，余量为水。本发明专利技术的防治煤层自燃的高分子乳液阻化剂用于阻止煤层自燃，而且无毒无害，对设备无腐蚀，对环境无污染；具有良好的耐高温性，在高温下不会迅速汽化；成本低廉，成膜工艺简单，便于现场应用，成本低廉；对于煤层火灾还应具备堵漏性和阻化性，阻止煤再次氧化而复燃；渗透性好，能进入松散煤体内部。

【技术实现步骤摘要】
一种防治煤层自燃的高分子乳液阻化剂及制备方法和应用
本专利技术涉及煤矿采空区煤层防火材料领域，特别是一种防治煤层自燃的高分子乳液阻化剂及制备方法和应用。
技术介绍
煤的自燃火灾一直威胁着煤炭生产和储存的安全，造成了巨大的煤炭资源的损失，甚至引发瓦斯爆炸或井下火灾，造成人身伤亡。同世界各主要产煤国家相比，我国低等级煤种多，矿井下自燃危险性更大，煤自燃火灾的发生率和损失都比较高。据统计，在全国600多统配煤矿和重点煤矿中，半数以上开采的是易自燃煤层，自燃火灾次数占火灾总次数的90％以上。煤层自燃着火的主要原因是煤长期与空气中的氧接触，氧分子首先在煤表面形成物理、化学吸附，放出反应热，使煤体温度缓慢上升，而温度的升高促使氧分子与煤表面活性官能团发生深度氧化分解反应并释放大量反应热，这些热量在煤体内部积聚起来，最终导致煤炭自燃。因此，阻止煤氧接触，减少煤与氧气吸附、氧化产生的反应热，就可以实现防止煤自燃发生。已公开的防治煤层自燃技术中所使用的阻化剂主要分为物理阻化剂、化学阻化剂或是物理和化学复合阻化剂。阻化机理分别如下：物理阻化剂在煤样的表层进行作用，在表面形成了保护层，把煤样与氧隔离开，或通过惰性气体来使煤表层的氧气浓度下降，属于一种气相稀释。化学阻化剂主要是破坏或减少煤分子结构中活化能低的结构，导致其含量下降，使链式反应断裂，或是通过增加煤氧化时化学吸附的活化能来防治煤的燃烧。如中国专利公开号CN101713296B公开的一种防治煤炭矿井煤自燃的复合凝胶阻化剂及其制备方法，所提供的复合凝胶阻化剂的组分及其重量百分比为：接枝共聚物10～65.0wt％、阻燃剂0～40.0wt％，水玻璃20～60.0wt％，余量为水；通过采用水溶性聚合物与不饱和羧酸单体进行接枝共聚反应得到含-COOH功能基团的接枝共聚物后加入阻燃剂和水玻璃，得到防治煤炭矿井煤自燃的复合凝胶阻化剂。中国专利公开号CN108266221A公开的一种用于防止煤自燃的阻化剂，包括组分及在阻化剂中的质量百分比浓度为：还原性金属粉2％～4％，无机盐6％～15％，黏合剂0.4％～0.8％，填充剂6％～7％，其余量为水。该阻化剂一方面能够起到使煤与氧气隔绝的作用，另一方面能够有效的消耗氧气，降低氧气的含量，从而使得煤自燃发生的可能性降低到最低。中国专利公开号CN109899104A公开的一种防治煤炭自燃的经济环保型凝胶泡沫，按重量百分含量，包括：水玻璃4％-35％、发泡剂0.4％-3％、稳泡剂0.1％-3％、促凝剂1％-5％，余量为水；其中发泡剂是由两种或两种以上阴离子型发泡剂复配而成。本申请所用发泡剂为两种或两种以上阴离子型发泡剂复配而成，所采用的成胶体系为水玻璃和促凝剂，成本低，绿色经济环保，使用过程中无毒无害，具有良好的经济效益。所得到的凝胶泡沫在成胶前将保持水基泡沫流动性强、堆积性好的优点，成胶后又保持水玻璃凝胶降温效果突出、堵漏风效果好的优点，其阻化和灭火效果良好，可显著降低火源温度、热辐射和CO的产生量，灭火稳定，不会出现复燃现象。中国专利公开号CN109944627A公开的抑制煤自燃的协同型含膦阻化剂及其制备方法，由甲基膦酸二甲酯、聚丙烯酰胺和水混合而成，甲基膦酸二甲酯与聚丙烯酰胺的质量比为1:0.5～1:1，协同型阻化剂中甲基膦酸二甲酯的质量浓度14％～17％。按照甲基膦酸二甲酯与聚丙烯酰胺的质量比，将聚丙烯酰胺加入甲基膦酸二甲脂水溶液中，保证甲基膦酸二甲脂的质量浓度14％～17％，制得物化协同型阻化剂。本专利技术向采空区遗煤区输送、仓储喷洒，能够捕获煤中活性自由基，阻止煤炭自燃链反应的发生和传递；同时具有较好的吸湿保水作用，在煤体表面形成网状保护膜，堵塞煤中孔隙，隔绝煤与氧气接触，实现防治煤炭自燃的持久阻化作用。中国专利公开号CN106118795A公开的一种防止煤炭自燃复合阻化剂的制备方法，通过海泡石经煅烧，与硼酸钠溶液混合改性，加入丙烯酸、玉米油等混合反应，出料过滤得滤渣，经洗涤干燥过夜，与酵母粉混合浸泡于葡萄糖溶液中，静置杀菌后加入碳酸氢钠混合，过滤滤渣风干粉碎制得阻化剂。本专利技术的有益效果是：本专利技术制备步骤简单，成本低，阻化率高于其他阻化剂15.6％以上；所得产品可与煤表面的活性基团充分结合，渗透率高，阻化寿命比其他阻化剂延长了2～3周。中国专利申请号200910116090.X公开的一种防治矿井煤自燃的泡沫型阻化剂及其使用方法，按化学阻化剂的总质量将0.5～2％氧化剂溶于水，再依次加入1～1.5％起泡剂、0.2～0.4％泡沫稳定剂、0.05～0.1％增稠剂和0.05～0.1％乳化剂搅拌混匀得到化学阻化剂；按物理阻化剂的总质量将10～15％的无机盐与其它成分采取与前面相同的方式加入，得到物理阻化剂；使用时，先将化学阻化剂稀释成浓度为1.76～4.1wt％的水溶液，喷洒到目标煤层区域，经30分钟至一小时，再将稀释成浓度为11.06～16.9wt％的水溶液的物理阻化剂喷洒到同一区域；阻化液泡沫覆盖于煤层表面，即可对这一区域的煤层达到长时间防治自燃的效果。中国专利申请号200610095318.8公开的防治煤炭矿井煤自燃的化学阻化剂，由0.5～1％的表面活性剂，0.1％的高分子树脂和一定浓度的氧化剂组成的水溶液，PH值在3～5之间。在煤矿开采过程中通过煤层预注水，向采煤工作面后的遗煤和其它易于发火的地方喷洒该化学阻化剂溶液，也可以将化学阻化剂添加到其它防灭火材料作为添加剂注入易发火区域。阻化剂的作用使煤体中的不同活性结构和基团被氧化发生不可逆的反应从而失去低温氧化性，使煤的自燃倾向性降低，从而彻底防止煤的自燃，操作简单，取材方便经济，适合于矿井下作业。物理阻化剂主要有以下阻化剂：硅凝胶类阻化剂，主要成份为水玻璃和固化剂。将水玻璃和固化剂的水溶液混合喷洒于煤层上，凝固成凝胶，凝胶可封闭煤中孔隙，隔断漏风通道，使空气不能浸入煤体中；喷注石膏浆阻化剂，将石膏粉与水以一定的比例混合，搅拌使之充分吸水膨胀而形成不再沉淀结块的石膏浆，将其喷涂在煤体表面，或嵌入煤体之中，从而封堵裂隙，防止煤与氧气接触引起氧化自燃；卤盐阻化剂，卤盐CaCl2、MgCl2和NaCl这些组分具有很强的吸水性，能使煤长期处于潮湿的状态或形成水膜层隔绝了氧气。水汽化时吸热降温，减小了煤堆的升温速率抑制煤的自燃；灌浆阻化剂，用粘土与水混合并加入分散剂后，形成水与泥土的悬浮液，覆盖在煤表面上隔绝空气，同时泥浆在脱水过程中，降低了煤体温度；惰性气体阻抗剂，将惰性气体，如氮气、二氧化碳等充入封闭区域内可稀释此空间的氧浓度，从而降低氧速度、使惰性气体在煤体表面形成惰化的吸附膜层，减缓了煤的氧化速率，达到阻燃的目的；泡沫阻化剂，使用化学泡沫，如尿醛泡沫，即尿素-甲醛塑料泡沫注入采空区，阻止风流进入采空区，预防煤自燃。化学阻抗剂主要有以下阻化剂：防老剂阻化剂，能捕获煤与氧气接触氧化反应中产生的活性自由基，中断氧化反应链，达到煤自燃阻化效果；铵盐水溶液阻化剂，氯化铵和磷酸氢二铵水溶液喷洒于煤层，增加煤氧化时化学吸附的活化能防止煤自燃；粉末状阻化剂，已使用的该类阻化剂有本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种防治煤层自燃的高分子乳液阻化剂，其特征在于，由以下质量百分比的组分组成：高分子基料40％、乳化剂1.6-1.8％、引发剂0.2-0.3％、改性剂10.6-10.7％、保护剂3.3％、增塑剂4％，余量为水。/n

【技术特征摘要】
1.一种防治煤层自燃的高分子乳液阻化剂，其特征在于，由以下质量百分比的组分组成：高分子基料40％、乳化剂1.6-1.8％、引发剂0.2-0.3％、改性剂10.6-10.7％、保护剂3.3％、增塑剂4％，余量为水。


2.根据权利要求1所述的防治煤层自燃的高分子乳液阻化剂，其特征在于：所述高分子基料为乙酸乙烯脂。


3.根据权利要求1所述的防治煤层自燃的高分子乳液阻化剂，其特征在于：所述乳化剂由十二烷基苯磺酸钠和聚氧乙烯辛基苯酚醚-10混合而成。


4.根据权利要求1所述的防治煤层自燃的高分子乳液阻化剂，其特征在于：所述引发剂为过硫酸钾。


5.根据权利要求1所述的防治煤层自燃的高分子乳液阻化剂，其特征在于：所述改性剂由丙烯酸和甲基丙烯酸甲酯混合而成。


6.根据权利要求1所述的防治煤层自燃的高分子乳液阻化剂，其特征在于：所述保护剂为聚乙烯醇。


7.根据权利要求1所述的防治煤层自燃的高分子乳...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨东辉，马鹏飞，杨宝忠，刘大江，李耀晖，姜彬，李磊，
申请(专利权)人：杨东辉，
类型：发明
国别省市：山西;14