CN101265811A - 防治煤炭自燃的多相凝胶泡沫制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种用于防治煤炭自燃的多相凝胶泡沫制备方法，在粉煤灰或黄泥浆液中加入少量稠化剂形成具有一定粘度的稠化泥浆，在稠化泥浆中加入一定量的交联剂和发泡剂并引入氮气进行物理机械发泡，制成含多组份介质的多相凝胶泡沫。该多相凝胶泡沫的气泡壁具有较高的粘性且弹性好，粉煤灰或黄泥黏附在气泡壁上，气泡内包裹着氮气。经矿井注浆管道将多相凝胶泡沫输送到采空区，均匀覆盖采空区浮煤和封堵煤体裂隙。可持久有效地阻碍煤对氧的吸附，防止煤的氧化。该方法简单，所制备的多相凝胶泡沫成本低，防灭火效果显著，在防灭火方面兼有注泥浆、注氮气、注两相泡沫、注凝胶、注复合胶体的优点，又克服了各自的不足，具广泛的实用性。
Description
技术领域
本发明涉及一种多相凝胶泡沫制备方法，尤其是一种用于防治煤炭自燃的多相凝胶泡沫制备方法。
背景技术
煤炭自燃是我国煤矿开采的主要自燃灾害之一。近年来，综采放顶煤技术得到大力的推广和应用，使煤矿生产效率大幅提高，但这种采煤方法冒落高度大、采空区遗留残煤多、漏风严重，使得矿井煤炭自然发火频繁发生。我国新疆、宁夏、内蒙等省还存在大面积的煤田火灾，每年烧损煤量1000～1360万吨，经济损失超过200亿元。煤炭自燃产生大量的SO2、H2S、CO和CO2气体，严重污染环境；煤田火灾还造成大面积的植被破坏，使土壤沙漠化。同时，对于煤炭自燃与瓦斯隐患共存的矿井，如果煤炭自燃防治不到位，很容易由煤炭自然发火引起瓦斯***，导致特别重大的人员伤亡和经济损失。对于煤炭自燃的治理，通常采用灌浆、注氮气、喷洒阻化剂、注凝胶和复合胶体等防灭火技术：采用灌浆技术，浆液在采空区只是沿着地势低的地方流动、不能均匀覆盖煤体、不能向高处堆积、易形成“拉沟”现象；采用注氮气技术，因难以形成封闭空间，氮气易随漏风逸散，其灭火降温能力也较弱；采用喷洒阻化剂技术，阻化剂腐蚀井下设备和危害工人身心健康，防灭火效果也不是很理想；采用注凝胶和复合胶体技术，流量小，成本高，扩散范围小。因此，矿井煤炭自燃的治理是国内外广泛关注的一项难题。
发明内容
技术问题：本发明的目的是提供一种具有吸水性强、保水性好、发泡倍数高、泡沫破灭后能将粉煤灰或黄泥固结在一起形成类似布匹的膜状覆盖层的防治煤炭自燃的多相凝胶泡沫制备方法。
技术方案：本发明防治煤炭自燃的多相凝胶泡沫制备方法：
a.在粉煤灰或黄泥浆液中加入稠化剂并搅拌均匀，形成具有一定粘度的稠化泥浆；
b.在稠化泥浆中同时加入交联剂和发泡剂，形成含多相组份的混合浆液；
c.在混合浆液中引入氮气，充分搅拌，形成多相凝胶泡沫。
所述一定粘度的稠化泥浆，粉煤灰与水的质量比为1∶2；黄泥与水的质量比为1∶6；所述的稠化剂占水的质量百分比为0.1％～0.2％；所述稠化剂由魔芋胶与瓜尔豆胶按质量比3∶2混合而成；所述的交联剂采用氯化钠，氯化钠占水的质量百分比为0.00013～0.00067％；所述的发泡剂采用十二烷基二甲基苄基氯化铵，十二烷基二甲基苄基氯化铵占水的质量百分比为0.2～0.4％；所述引入氮气体积是水体积的15～50倍。
技术效果：本发明的多相凝胶泡沫制备方法，是将粉煤灰或黄泥、稠化剂分散在水中，加入交联剂和发泡剂并在氮气作用下物理机械发泡形成的多相复杂混合体系。多相凝胶泡沫的气泡壁具有较高的粘性且弹性好，粉煤灰或黄泥黏附在气泡壁上，气泡内包裹着氮气。多相凝胶泡沫既具有凝胶的性质，又具有泡沫的性质，兼有注泥浆、注氮气、注两相泡沫、注凝胶、注复合胶体的优点，又克服了各自的不足，从而大大提高其防灭火效果。混合浆液通过注入氮气发泡后形成均匀细腻泡沫，体积量大幅度增大，在采空区大面积的覆盖，可向高处堆积，对低、高处的浮煤都能包裹；注入在采空区的氮气被封装在泡沫之中，能较长时间滞留在采空区中，充分发挥氮气的窒息防灭火功能；同时，由于浆液中含有稠化剂，粘性高，泡沫体系中水和粉煤灰或黄泥充满在相互交错的三维凝胶网路结构中，因此，整个泡沫体系吸水性强、保水性好、吸热降温能力强，多相凝胶泡沫能维持长时间的稳定性，即使最后泡沫破灭后，稠化剂和交联剂能将固体不燃物(粉煤灰或黄泥等)固结在一起形成类似布匹的膜状覆盖层，该覆盖层能非常严密地覆盖和包裹煤体和封堵裂隙，可持久有效地阻碍煤对氧的吸附，防止煤的氧化。该方法简单，所制备的多相凝胶泡沫成本低，防灭火效果显著，具有广泛的实用性。
具体实施方式
本发明的多相凝胶泡沫制备方法：在粉煤灰与水的质量比为1∶2或黄泥与水的质量比为1∶6的浆液中加入质量百分比为0.1％～0.2％的稠化剂，稠化剂由魔芋胶与瓜尔豆胶按质量比3∶2混合而成，均匀搅拌，形成具有一定粘度的稠化泥浆；在具有一定粘度的稠化泥浆中加入氯化钠交联剂和十二烷基二甲基苄基氯化铵发泡剂，氯化钠占水的质量百分比为0.00013～0.00067％；十二烷基二甲基苄基氯化铵占水的质量百分比为0.2～0.4％；混合形成含多相组份的混合浆液；在混合浆液中引入氮气，引入氮气体积是水体积的15～50倍，充分搅拌，形成多相凝胶泡沫。用螺杆泵将配制好的多相凝胶泡沫经注浆管道输送到采空区，均匀地覆盖采空区浮煤和封堵煤体裂隙，即可起到预防采空区煤炭自燃的作用。
实施例一：在1000kg水中加入250kg粉煤灰形成粉煤灰浆液，在该浆液中加入2kg由魔芋胶与瓜尔豆胶按质量比3∶2混合而成的稠化剂并搅拌均匀，搅拌3分钟左右，形成质量百分比为0.1％～0.2％粘度的稠化泥浆；在稠化泥浆中加入0.1kg的氯化钠(CaCl2)和2kg的十二烷基二甲基苄基氯化铵发泡剂，形成含多相组份的混合浆液；同时制氮气机产生氮气通过管路不断地输入到混合浆液中，引入的氮气总量约为23m3，并不断的通过叶轮搅拌器搅拌，此时形成发泡倍数约为15倍的多相凝胶泡沫。用1.2MP的螺杆泵作动力，用直径为100mm、长度为100米的铁管输送多相凝胶泡沫，将其喷洒在燃烧的煤堆上，多相凝胶泡沫很快将整个煤堆包裹覆盖，煤堆的温度迅速降低到正常状态；最后多相凝胶泡沫破灭后，形成了具有0.3cm厚的膜状覆盖层覆盖在全部煤体上。
实施例二：在500kg水中加入100kg粉煤灰形成粉煤灰浆液，在该浆液中加入0.5kg由魔芋胶与瓜尔豆胶按质量比3∶2混合而成的稠化剂并搅拌均匀，搅拌3分钟左右，形成质量百分比为0.1％～0.2％粘度的稠化泥浆；在稠化泥浆中加入0.04kg的氯化钠(CaCl2)和1.5kg的十二烷基二甲基苄基氯化铵发泡剂，形成含多相组份的混合浆液；同时制氮气机产生氮气通过25mm铁管不断的输入到混合浆液中，引入的氮气总量约为20m3，并不断的通过叶轮搅拌器搅拌，此时形成了发泡倍数约为30倍的多相凝胶泡沫。用1.2MP的螺杆泵作动力，用直径为100mm、长度为100米的铁管输送多相凝胶泡沫，将其喷洒在燃烧的煤堆上，多相凝胶泡沫很快将整个煤堆包裹覆盖，煤堆的温度迅速降低到正常状态；最后多相凝胶泡沫破灭后，形成了具有0.15cm厚的膜状覆盖层覆盖在全部煤体上。
Claims (7)
1.一种用于防治煤炭自燃的多相凝胶泡沫制备方法，其特征在于：
a.在粉煤灰或黄泥浆液中加入稠化剂并搅拌均匀，形成具有一定粘度的稠化泥浆；
b.在稠化泥浆中同时加入交联剂和发泡剂，形成含多相组份的混合浆液；
c.在混合浆液中引入氮气，充分搅拌，形成多相凝胶泡沫。
2.根据权利要求1所述的防治煤炭自燃的多相凝胶泡沫制备方法，其特征在于：所述一定粘度的稠化泥浆，粉煤灰与水的质量比为1∶2；黄泥与水的质量比为1∶6。
3.根据权利要求1所述的防治煤炭自燃的多相凝胶泡沫制备方法，，其特征在于：所述的稠化剂占水的质量百分比为0.1％～0.2％。
4.根据权利要求1或3所述的防治煤炭自燃的多相凝胶泡沫制备方法，，其特征在于：所述稠化剂由魔芋胶与瓜尔豆胶按质量比3∶2混合而成。
5.根据权利要求1所述的防治煤炭自燃的多相凝胶泡沫制备方法，其特征在于：所述的交联剂采用氯化钠，氯化钠占水的质量百分比为0.00013～0.00067％。
6.根据权利要求1所述的防治煤炭自燃的多相凝胶泡沫制备方法，其特征在于：所述的发泡剂采用十二烷基二甲基苄基氯化铵，十二烷基二甲基苄基氯化铵占水的质量百分比为0.2～0.4％。
7.根据权利要求1所述的防治煤炭自燃的多相凝胶泡沫制备方法，其特征在于：所述引入氮气体积是水体积的15～50倍。
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