一种用于治理深部易燃煤层引发的大面积火区的凝胶泡沫材料制造技术

针对于深部矿山火灾事故易发，自燃事故频发，大面积火区难以扑灭等特点，本发明专利技术应用界面化学、胶体化学和物理化学及现场实际环境研究了一种用于治理深部易燃煤层引发的大面积火区的凝胶泡沫材料。相较于传统的传统防灭火措施：注浆技术、惰性气体、阻化剂，三相泡沫等，本材料具有发泡倍数高、稳定性好、阻燃效果好、可向高处堆叠、堵漏风性好、对环境友好等优点，能快速扑灭大面积阴燃火区并长时间抑制其复燃。其成分包括复配的发泡剂、稠化剂、催化剂、稳泡剂、絮凝剂、水、氮气等。氮气等。

【技术实现步骤摘要】
一种用于治理深部易燃煤层引发的大面积火区的凝胶泡沫材料


[0001]本产品属于防灭火材料领域，具体涉及一种用于治理深部易燃煤层引发的大面积火区的新型凝胶泡沫材料及其制备方法和应用方法。

技术介绍

[0002]近年来，随着煤矿开采程度的增大，矿井的不断延伸开拓，易燃煤层的危险性有明显增大的趋势。据统计，大部分厚煤层为易燃煤层。而矿山环境的复杂性、煤自燃危险区域的隐蔽性等使现有的煤炭自燃防治技术难以满足集约化矿井安全生产的需要。在煤炭自燃后，极易产生连锁效应形成大面积火区，每年，全球煤炭矿山大面积火区烧损煤炭数亿吨，国家和地方政府累计投入治理大面积火区的资金高达数百亿。全国现仍存在大面积火区800余处。为抑制、减少煤层自燃，扑灭大面积火区，世界各科研机构和生产部门对煤自燃火灾防治技术进行了大量的理论探讨、实验研究和现场应用等。目前，国内外常用的防灭火技术主要有注浆、阻化剂、均压、惰性气体、水基泡沫以及三相泡沫等。
[0003]针对于申请号为201710535414.8的中国专利公开了一种防止采空区煤炭自燃的水成膜胶体泡沫材料及制备方法，其具体成分为羧甲基纤维素0.3～0.5份、十二烷基苯磺酸钠0.3～0.6份、皂素0.3～0.6份、黄原胶0.3～0.5份、瓜尔豆胶0.3～0.5份、水100份。该专利技术组分科学，粘性高，能迅速形成凝胶薄膜，达到较好的阻化效果，此外，其凝胶泡沫制备简易，耐盐耐酸碱，相较于传统三相泡沫，和水基泡沫，有更加优越的性能。但其存在以下缺点：1.黄原胶与瓜尔豆胶在比例达到1:1时立即发生最大程度的协同增效作用，粘性剧烈增大，且随温度升高，粘性继续增加，不利于在矿山数千米的管道运输。2.黄原胶和瓜尔豆胶同属于天然高分子水溶性植物胶，容易被微生物降解，这既降低了它的防火有效时间，也降低了泡沫原液的保质期，提高了泡沫原液的存储成本。3.十二烷基苯磺酸钠具有微毒，生物降解速度极低，且降解不完全，大量使用容易对环境造成严重污染。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种新型凝胶泡沫材料、制作方法，及其应用方法。其具有更加优越的的阻燃效果；发泡倍数高，稳定性好，保水性高；更高的泛用性；制造方便，造价低廉，适合大范围推广；兼具绿色环保等特点。助力于矿山防灭火安全和易燃煤层大面积火区的治理。
[0005]本专利技术制备方案如下：
[0006]在容器A中加入0.1～0.2份十二烷基磺酸钠、0.07～0.1份椰油酰胺丙基甜菜碱复配的发泡剂，0.05～0.1份羧甲基纤维素钠、0.15～0.2份水玻璃复配的稳泡剂，0.3(或0.6)份AES作为稠化剂，通过比例混合器或500
±
100转/min的速度与100份清水搅拌，使之混合
均匀，形成发泡初相。
[0007]在容器B中加入0.2份氯化镁絮凝剂、0.2份氯化钠、100份水，在搅拌器中以500
±
100转/每秒的速度搅拌30秒，形成50℃左右的高温溶液。
[0008]将容器A中的发泡初相和容器B中的高温溶液混合，充分混合后，形成稳定的发泡原液。
[0009]将原液趁热通过KSP发泡机发泡，并通过供气系统向泡沫原液内充入氮气(或压缩气体)，调整压力为1kp，最终形成凝胶泡沫。
[0010]本专利技术具有以下优点：
[0011]①
具有优越的阻化特性：包括低温氧化性好，点燃时间大幅度延长，热释放效率高，传热系数为0.045W(m
·
K)，能够吸收一定浓度的一氧化碳；
②
稳定性好：发泡倍数高达30
‑
50倍，泡沫本身可维持数十天，保水性高，静置30天无脱水现象，耐热性好，流动性强，抗冲击性强；
③
绿色环保：所使用的各种原材料均为对环境友好，生物降解性好的化学试剂，大量使用不会导致土壤板结，酸碱化，煤质降低等环境问题；
④
形成凝胶前具有较好的流动性，和扩散性，渗透率高达38.96％；
⑤
形成凝胶后对中高位隐蔽区域包裹性好：附壁性好，其粘度为5400～5700mpa
·
s。所形成的凝胶薄膜以三维网状结构为骨架，既能隔绝氧气，又能提高凝胶泡沫的稳定性。对漏风的封堵性好：能增加漏风阻力，能封堵15kpa的气体压力。
[0012]形成的凝胶泡沫具备三重特征体系，分别为水玻璃
‑
AES成胶体系，甜菜碱
‑
AES
‑
NaCl增稠体系，MgCl2‑
NaCl隔热灭火体系。
[0013]水玻璃
‑
AES成胶体系：在泡沫初相中，水玻璃在AES的作用下,形成原硅酸(H4SiO4)和负一价的原硅酸离子(H3SiO
‑4)，并彼此发生氧联反应,生成硅酸二聚体，并不断聚合形成三聚体，四聚体，五聚体等多硅酸，一直聚合直到聚合成为凝胶，此聚合时间即成胶时间受PH影响，PH在6到10的范围内，聚合时间为30
‑
60min，可额外加入碳酸氢钠等物质根据现场条件，控制PH，从而控制成胶时间。形成的凝胶，具有良好的抗压性能和防火隔热能力，向中高位的堆叠性好，能够填堵缝隙，减小漏风量，使火区内的燃烧点更易因缺氧而熄灭。此外水玻璃造价低廉，取料方便，适合大面积推广。
[0014]甜菜碱
‑
AES
‑
NaCl增稠体系，甜菜碱类发泡剂具有优良的发泡性能的同时，作为两性表面活性剂，在AES的作用下，其分子中正负电荷中心彼此间的相互作用，使其临界胶团浓度比相应的阴离子表面活性剂低，与AES混合后，形成胶团。而NaCl的加入使表面活性剂中胶团的双电层压缩，减少了离子头之间的相互作用，胶团聚集数增加形成六角形胶团，宏观上表现为粘度分阶段逐步增加。
[0015]MgCl2‑
NaCl隔热灭火体系，0.2份的氯化镁与0.1～0.2份氯化钠构成的MgCl2‑
NaCl二元系具有吸潮的作用，遇热形成MgCl2‑
NaCl流体，覆盖在煤体表面，隔绝氧气，降低温度，保持湿润，使明火窒息而被扑灭。此外MgCl2‑
NaCl二元系的固有属性增强了凝胶泡沫的抗冻性，防腐性，并同时，在刚加入发泡初相时，遇水大量放热，其溶液温度最高可达60度，恰好为复配的发泡剂最佳发泡温度，形成泡沫后，其促凝作用，帮助上诉成胶体系形成凝胶。
具体实施方式
[0016]下面将结合本专利技术中的实施例，对本专利技术中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0017]实施例1
[0018]通过定量给料机X分别以0.001m3/h～0.002m3/h，0.0007～0.001m3/h的速度向A池输送十二烷基磺酸钠、椰油基酰胺丙基甜菜碱，通过定量给料机Y分别以0.本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于治理深部易燃煤层引发的大面积火区的凝胶泡沫材料，该材料包括：发泡剂、稠化剂、催化剂、稳泡剂、絮凝剂、水、氮气(或压缩气体)。其特征在于：制作流程分为以下步骤：步骤一、将复配的发泡剂、稳泡剂、稠化剂、水，按比例混合(先加发泡剂、稳泡剂、催化剂、稠化剂、再加水)，低速短时间搅拌，形成发泡初相；步骤二、将絮凝剂、催化剂、水按比例混合，低速短时间搅拌，形成高温溶液；步骤三、将上诉发泡初相和高温溶液充分混合，通过泡沫产生器(或泡沫发生器)产生质地均匀的乳白色泡沫。2.如权利要求1所述，其特征在于：步骤一所诉发泡剂为复配的0.1～0.2份十二烷基磺酸钠和0.07～0.1份椰油酰胺丙基甜菜碱。3.如权利要求1所述，其特征在于：步骤一所诉稠化剂为0.3(或0.6)份AES。4.如权利要求1所诉，其特征在于：步骤一所诉稳泡剂为复配的0.05～0.1份羧甲基纤维素钠和0.1...

【专利技术属性】
技术研发人员：廖秋杰，舒森辉，袁兴康，袁兴健，雷文昌，丁宇航，
申请(专利权)人：安徽理工大学，
类型：发明
国别省市：