一种煤矿采空区防灭火复合材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开一种煤矿采空区防灭火复合材料，由以下重量份数的原料制成：海藻酸钠2

【技术实现步骤摘要】
一种煤矿采空区防灭火复合材料及其制备方法


[0001]本专利技术涉及环保新材料
，尤其是涉及一种煤矿采空区防灭火复合材料及其制备方法。

技术介绍

[0002]煤炭产业在我国能源结构中的位置举足轻重，因此我们煤矿开采力度也很大，而矿井安全防护尤为重要。矿井安全事故中火灾的危害巨大，火灾也容易诱发瓦斯、煤尘爆炸事故，从而带来巨大的经济损失，还会严重威胁人民的生命安全，因此煤矿的火灾防治是至关重要。煤矿火灾的诱因以煤自燃为主，主要发生场所在采空区，当煤氧化放出的热量大于散失的热量时，就开始升温，当升温至煤自燃的临界点，而且煤层周围具有持续供氧条件，可能就会出现煤自燃的状况，因此，对于采空区煤自燃防灭火的机理一般是隔绝氧气、降温、或者是减弱煤体中的活性集团的活性。最常用的注浆技术，一般是泥浆和粉煤灰与水混合灌注到采空区的煤层表面，通过包裹煤从而隔绝空气，另外通过水分蒸发进行降温。而凝胶技术也是通过覆盖、隔绝氧气、降温、阻化等方式起到防灭火作用。
[0003]由于煤氧化速率很慢，煤层的防灭火也是一个很漫长的过程，在防灭火的过程中，防灭火可能面对防护层失水、开裂，阻化剂失效能问题，从而大大减弱防灭火的效果，因此要求煤层防灭火防护层强度高、保水性性好，性能稳定，从而才能达到煤矿采空区稳定防灭火的作用。

技术实现思路

[0004]有鉴于此，本专利技术的目的是针对现有技术的不足，提供一种煤矿采空区防灭火复合材料，其保水性能优异，阻化效果好，对煤层具有很好的渗透性，性能稳定。
[0005]为达到上述目的，本专利技术采用以下技术方案：一种煤矿采空区防灭火复合材料，由以下重量份数的原料制成：海藻酸钠2
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3份、交联剂1.2
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1.6份、膨润土2
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2.5份、粉煤灰0.5
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1份、聚乙烯醇2
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3份、阻化剂0.5
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0.6份、水100
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110份。
[0006]进一步的，所述阻化剂为聚磷酸铵、硼酸锌和水滑石按重量比1：1：2混合而成。
[0007]进一步的，所述阻化剂为微胶囊阻化剂，由以下步骤制备而成：（1）聚磷酸铵、硼酸锌、水滑石和淀粉按重量比1：1：2：2混合均匀，加水造粒，低温干燥；（2）聚乙二醇、季戊四醇硬脂酸酯、石蜡和玻璃纤维粉按重量比1：1：2：0.3
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0.5混合后，加入同等重量的水，70
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80℃加热至呈液态，无明显颗粒；（3）将步骤（2）中的混合液雾化后均匀喷洒在步骤（1）的颗粒上面，其中喷洒过程中步骤（2）混合液与步骤（1）中颗粒的重量比例为0.6
‑
0.8：1，然后低温风干，得微胶囊阻化剂。
[0008]进一步的，所述交联剂有机金属交联剂。
[0009]进一步的，所述有机金属交联剂为有机硼锆交联剂，具体由以下步骤制备而成：将氧氯化锆、丙三醇和水混合，水浴加热至60
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70℃，调节pH为2
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3，混合30min，然后缓慢滴加三乙醇胺和酒石酸，搅拌反应3h，然后加入硼砂继续搅拌3h，得产品；所述丙三醇与水质量比为1.5：1，硼、锆、三乙醇胺、酒石酸和丙三醇的摩尔比为2：1：2：1.5
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2：10。
[0010]一种煤矿采空区防灭火复合材料的制备方法，包括以下步骤：（1）海藻酸钠、膨润土、粉煤灰、聚乙烯醇和阻化剂搅拌均匀，加水混合；（2）添加硼酸调节pH为3.0，然后加入交联剂，搅拌均匀，得防灭火复合材料。
[0011]本专利技术的有益效果是：1、本申请中的煤矿采空区防灭火材料是采用的双网络凝胶体系，两个网络结构相互交联，能够大大提高凝胶的延展性和强度；原料中还添加有膨润土、粉煤灰和阻化剂，最终制备的复合材料阻化性能显著，高温保水性优异，渗透性好。
[0012]2、具体是采用聚乙烯醇
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硼酸共价交联体系和海藻酸钠
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金属交联剂形成的配位交联的双交联体系。其中聚乙烯醇的分子链中存在极性较强的羟基，进而通过自交联形成三维网络结构，能够大大提高海藻酸钠凝胶体系的韧性和延展性，即双网络凝胶体系的强度和韧性会明显增加，从而能大大提高保水性能，进而影响其防灭火的性能。
[0013]体系中还添加有膨润土和粉煤灰，膨润土具有很强的溶胀性、吸附性、亲水性，将其混合分散在高分子的双交联体系中，能够溶胀吸附水分子和凝胶分子，使分子排列更加紧密，增加凝胶层强度；另外大量的膨润土能够扩大凝胶体系的网络结构，从而较少水分子的运动速率，增加保水性能。为了进一步降低成本，膨润土中还混合有粉煤灰，具有很好的填充、包裹作用，能够填充碎煤间隙，另外也能进一步增加凝胶强度。
[0014]3、体系中还添加有阻化剂，阻化剂为复合型阻化剂，其主要成分是聚磷酸铵、水滑石和硼酸锌，其中200℃左右水滑石中的氢氧化铝分解，汽化吸热降温，残余物覆盖隔氧；聚磷酸铵阻燃过程中吸收热量，分解出N2、NH3等不燃性气体，起到稀释空气中的氧气，从而阻断氧气阻燃的作用；硼酸锌在阻燃的过程中释放结晶水，生成的产物不仅能隔氧，还能吸附燃烧过程中的产生的可燃性气体；因此这几种阻化剂复合使用，能够相互配合、优势互补。
[0015]为防止防灭火复合材料中的阻化剂性能受影响，本申请将阻化剂制备成微胶囊阻化剂，即对阻化剂表面进行包覆，包覆材料为聚乙二醇、季戊四醇硬脂酸酯、石蜡和玻璃纤维粉的混合物，其中聚乙二醇、季戊四醇硬脂酸酯和石蜡熔融后喷洒在阻化剂颗粒表面，低温凝固成膜，在阻燃的过程中，在70℃左右会慢慢受热分解，其阻燃的同时释放出阻燃剂，一方面能防止阻化剂失效，另一方面还能延长阻燃剂的阻燃时间，从而增大阻燃效率。另外本申请还添加有20
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30μm长度的玻璃纤维粉末，能够一定程度的增加包覆层的韧性和力学强度。
[0016]4、由于本申请制备的防灭火材料需要经过管道运输至采空区，因此需要对凝胶交联的时间进行控制，以防止交联速率过快堵塞管道，而速度过慢会导致对煤层的覆盖和渗透不完全，因此本申请中采用的交联剂为有机硼锆交联剂，在一定条件下能释放金属离子进行交联反应，能够延缓交联反应的速度。而有机硼锆交联剂的有机配体选择为丙三醇、三乙醇胺和酒石酸，具有丰富的活性集团，同时引入能够大大提高交联剂的稳定性，另外丙三醇能够提高配位反应的溶解性。
附图说明
[0017]图1为程序升温CO变化曲线。
具体实施方式
[0018]下面结合具体实施例对本专利技术作进一步的描述。
[0019]实施例1一种煤矿采空区防灭火复合材料，由以下重量份数的原料制成：海藻酸钠2份、交联剂1.2份、膨润土2份、粉煤灰0.5份、聚乙烯醇3份、阻化剂0.5份、水100份。
[0020]所述阻化剂为聚磷酸铵、硼酸锌和水滑石按重量比1：1：2混合而成。
[0021]所述阻化剂为多聚磷酸铵、硼酸锌和水滑石制备而成的微胶囊阻化剂，由以下步骤制备本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种煤矿采空区防灭火复合材料，其特征在于：由以下重量份数的原料制成：海藻酸钠2
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3份、交联剂1.2
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1.6份、膨润土2
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2.5份、粉煤灰0.5
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1份、聚乙烯醇2
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3份、阻化剂0.5
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0.6份、水100
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110份。2.根据权利要求1所述的一种煤矿采空区防灭火复合材料，其特征在于：所述阻化剂为聚磷酸铵、硼酸锌和水滑石按重量比1：1：2混合而成。3.根据权利要求1或2所述的一种煤矿采空区防灭火复合材料，其特征在于：所述阻化剂为微胶囊阻化剂，由以下步骤制备而成：（1）聚磷酸铵、硼酸锌、水滑石和淀粉按重量比1：1：2：2混合均匀，加水造粒，低温干燥；（2）聚乙二醇、季戊四醇硬脂酸酯、石蜡和玻璃纤维粉按重量比1：1：2：0.3
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0.5混合后，加入同等重量的水，70
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80℃加热至呈液态，无明显颗粒；（3）将步...

【专利技术属性】
技术研发人员：郝宇，张立辉，赵利群，
申请(专利权)人：重庆工程职业技术学院，
类型：发明
国别省市：