CN103319290A - 耐低温高威力煤矿许用水胶***及其制造方法 - Google Patents

耐低温高威力煤矿许用水胶***及其制造方法 Download PDF

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Abstract

一种耐低温高威力煤矿许用高威力水胶***及其制造方法，该***是由硝酸甲胺溶液、水、硝酸铵、硝酸钠、甲酰胺、尿素、十二烷基苯磺酸钠、田菁粉、微细雾化铝粉、复合碱金属卤化物消焰剂、膨胀珍珠岩粉、气泡稳定剂和交联剂组成，首先将硝酸钠与田菁粉混合均匀，硝酸铵溶于水制成硝酸铵溶液，甲酰胺溶于硝酸甲胺溶液，并将前三者在混药罐中混合，然后再依次加入复合碱金属卤化物消焰剂、微细铝粉、膨胀珍珠岩、气泡稳定剂及交联剂，混合均匀后装入药卷。该******威力大，在0～-20℃环境温度能正常起爆和爆轰，不含有毒成分，不污染环境，工艺简单、可连续化生产。

Description

耐低温高威力煤矿许用水胶***及其制造方法
技术领域：
本发明涉及一种新型的耐低温煤矿许用水胶***的配方和制造方法，它可在环境温度-20℃以上的寒冷地区或其它低温环境下***作业中使用，特别是在低温下用***法破碎有高瓦斯突出和煤尘***危险的工作面上中硬以上岩石使用。 
背景技术：
水胶***的抗水性强、密度高、威力大、生产使用安全，尤其可做成小直径（50mm以下）药卷，是一种优良的矿山***用药，目前，我国现有的三级及二级煤矿许用水胶***配方中基本上都是采用惰性大理石粉（CaCO3）作为***对煤矿瓦斯***反应的消焰剂，但是大理石粉对瓦斯、煤尘***反应的抑制效率低，要达到国家标准规定的相应瓦斯安全度级别，其在***组分中添加的份额就要偏高，同时在高温下该物质又参与***的爆轰反应吸收***能量，造成煤矿许用水胶***的***能量降低过多。根据煤矿许用***的安全设计理论，碱金属的卤化物是瓦斯燃烧分解反应的高效抑制剂，它的消焰机理和大理石粉不同，与大理石粉相比其在含量很少的情况下就能达到相应的安全级别，且对***的***能量消耗较小。采用高效碱金属卤化物消焰剂来代替煤矿许用水胶***配方中的惰性大理石粉，同时对其它组分的配比进行调整，可以在保证在满足煤矿许用水胶***瓦斯安全度级别的基础上，使***能量得到较大提高。 
水胶***是一种水基的凝胶体系，还有水分，氧化剂硝酸铵在***中以过饱和溶液的形式存在，随着***使用的环境温度降低,，硝酸铵的溶解度会急剧降低，硝酸铵晶粒会在***体内大量析出，析出的硝酸铵一般呈针柱状，硝酸铵晶粒之间相互交错，整个***的流动塑性降低，同时***的氧化剂与可燃剂之间接触面积减小，***的冲击起爆感度和威力显著降低，研究资料 表明，水胶***在-5 ℃时失去***起爆感度，***出现拒爆和半爆现象。 
目前国内外关于煤矿许用水胶***的配方比较多，可见本发明人作为第一发明人发明的低爆速煤矿许用水胶***及其制法，主要制备工艺是在以硝酸甲胺为敏化剂、碳酸钙为消焰剂，同时加入3-5mm大颗粒复合抗水硝酸铵和聚苯乙烯塑料球来降低***爆速，制备低爆速、高威力的煤矿许用***，见中国专利号200610090783.2；潘祖民等发明的煤矿许用水胶***配方，主要特点是以NH4Cl作为消焰剂，以无机的高价金属盐作为交联剂，该***的***性能良好，瓦斯安全度高，见中国专利87106268.2；美国杜邦公司生产的Tovex水胶***配方采用水溶性的硝酸甲胺作为敏化剂和可燃剂，同时以铝粉、气泡敏化，产品的***性能良好。但目前关于耐低温高威力煤矿许用水胶***还没有相关报道。 
发明内容：
实现本发明的技术思路为：综合分析现有一级、二级、三级煤矿许用水胶***的组分、制造方法和***性能，通过分析影响煤矿许用水胶***的***性能、瓦斯安全性能及低温下***性能，找出在保证瓦斯安全等级的前提下提高***威力的途径；通过添加高效复合消焰剂、抗冻剂、硝酸铵晶体的晶型改进剂等方法来提高低温下煤矿许用水胶***的***反应完全性、***能量，同时确保***具备相应的瓦斯安全性。 
本发明以硝酸铵、硝酸钠作为复合氧化剂，以硝酸甲胺作为敏化剂，以甲酰胺和尿素作为抗冻剂，以十二烷基苯磺酸钠作为硝酸铵的晶型改进剂，以微细铝粉作为高能添加剂，以氯化钾及氯化铵作为复合消焰剂，通过化合物化学键之间的交联作用制得威力高、爆速适中、瓦斯安全度高、耐低温性能良好的高威力煤矿许用水胶***，本发明同时还提供了这种耐低温高威力煤矿许用水胶***的制造方法。 
为此，本发明采用下述技术方案：按重量百分比计：一种耐低温高威力煤矿许用高威力水胶***，其特征在于该***配方由下述组成成分制成：硝酸甲胺溶液（75-86%）32~35，水10~13，硝酸铵26~32，硝酸钠6~10，甲酰胺1～3，尿素1～3，十二烷基苯磺酸钠0.1～0.5，田菁粉0.8~1.0，微细雾 化铝粉0.4~1.0，复合碱金属卤化物消焰剂4~8，膨胀珍珠岩粉1.5~3.5，气泡稳定剂0.08~0.12，交联剂0.08~0.12。 
其中：复合碱金属卤化物消焰剂按重量百分比计含有：氯化钾30～50，氯化铵70～50；微细铝粉的粒径为0～10微米；硝酸铵以两部分加入，一部分与水形成硝酸铵氧化剂水溶液，一部分以硝酸铵颗粒的形式加入，硝酸铵的粒径<100微米，硝酸铵颗粒占总硝酸铵含量的20-40%。 
制造本发明耐低温高威力煤矿许用水胶***的方法包括以下步骤： 
第一步：加热MMAN溶液至65-75℃，测出MMAN的浓度； 
第二步：将部分硝酸铵及尿素溶于水中，并加热制成65-75℃的硝酸铵水溶液； 
第三步：将硝酸钠和田菁胶混合均匀后待用； 
第四步：水浴控温60℃，在混药罐中分别加入硝酸铵水溶液及硝酸甲胺水溶液，在搅拌中匀速加入硝酸钠和田菁的混合物后，搅拌4至6分钟，使得田菁胶充分溶胀水合。 
第五步：将硝酸铵颗粒、甲酰胺、十二烷基苯磺酸钠、微细铝粉、消焰剂、泡沫稳定剂在搅拌的过程中依次加入，搅拌4至6分钟后，测量密度，药温，***密度控制在1.10±0.04g.cm-3，温度控制在40±5℃。 
第六步：加入交联剂，搅拌1至3分钟后，使交联剂分散均匀，装药。 
本发明的特点： 
（1）其中以硝酸铵、硝酸、尿素作为复合氧化剂，其中，尿素既可降低硝酸铵的析晶点、又可作为高能添加剂铝粉在***体系中的稳定剂； 
（2）以十二烷基苯磺酸钠作为硝酸铵的晶型改进剂，以控制硝酸铵在低温下的晶型，防止大的硝酸铵晶粒出现，提高低温下药体的流动性和爆轰感度； 
（3）以微细铝粉作为高能添加剂，微细铝粉在爆轰反应中可快速地吸热达到活化温度，参与爆轰反应的时间提前，反应更充分，放出更多能量，既可使避免因消焰剂加入量过多而导致***能量的过多损失，又保证了***的瓦斯安全性； 
（4）以氯化钾及氯化铵作为复合消焰剂，采用碱金属的卤化物作为瓦斯 燃烧分解反应的高效阻化剂，代替传统三级水胶***中的大理石粉，保证了水胶***的瓦斯安全性； 
（5）硝酸甲胺的重量百分比含量比普通的三级煤矿许用水胶***高，***的***性能和做功能力得到提高； 
（6）以甲酰胺作为抗冻剂，与硝酸甲胺分子结构类似，可提高煤矿许用水胶***的抗冻性。 
具体实施方式：
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。 
下面实施例可以使本专业技术人员更全面地理解本发明，但不以任何方式限制本发明。另外，如无特殊说明，本发明中各组分百分含量均为重量百分含量。 
<实施例1> 
在-20℃范围能正常爆轰，***威力大于26m(弹道抛掷法)的耐低温煤矿许用高威力乳化***，选择组分和质量配比为：浓度为84%硝酸甲胺溶液34，水10，硝酸铵29，硝酸钠12，甲酰胺2，尿素2，十二烷基苯磺酸钠0.3，田菁粉0.9，微细雾化铝粉0.8，复合碱金属卤化物消焰剂6，膨胀珍珠岩粉2.4，气泡稳定剂0.1，交联剂0.1。 
按照上述组分和含量以下述制备步骤制成本发明的耐低温高威力煤矿许用水胶***： 
第一步：加热MMAN溶液至65-75℃，测出MMAN的浓度，备用； 
第二步：将部分硝酸铵及尿素溶于水中，并加热制成65-75℃的硝酸铵水溶液，备用； 
第三步：将硝酸钠和田菁胶混合均匀后备用； 
第四步：水浴控温60℃，在混药罐中分别加入硝酸铵水溶液及硝酸甲胺水溶液，在搅拌中匀速加入硝酸钠和田菁的混合物后，搅拌4至6分钟，使得田菁胶充分溶胀水合。 
第五步：将硝酸铵颗粒、甲酰胺、十二烷基苯磺酸钠、微细铝粉、消焰 剂、泡沫稳定剂在搅拌的过程中依次加入，搅拌4至6分钟后，测量密度，药温，***密度控制在1.10±0.04g.cm-3，温度控制在40±5℃。 
第六步：加入交联剂，搅拌1至3分钟后，使交联剂分散均匀，装药。 
<实施例2> 
在-20℃范围能正常爆轰，***威力大于25m(弹道抛掷法)的耐低温煤矿许用高威力乳化***，选择组分和质量配比为：硝酸甲胺34.66，水10.95，硝酸铵28.55，硝酸钠15.4，甲酰胺2，尿素2，十二烷基苯磺酸钠0.3，田菁粉0.95，微细雾化铝粉0.5，复合碱金属卤化物消焰剂6(其中KCl 2.5，NH4Cl 3.5)，膨胀珍珠岩粉2.4，气泡稳定剂0.1，交联剂0.1。 
根据上述组分和含量，按照实施例1的制备步骤，既可制造出在-20℃以上，***威力大于26m(弹道抛掷法)的耐低温煤矿许用高威力乳化***。 
<实施例3> 
在-15℃范围能正常爆轰，***威力大于27m(弹道抛掷法)的耐低温煤矿许用高威力乳化***，选择组分和质量配比为：硝酸甲胺33.80，水11.35，硝酸铵25，硝酸钠15.4，甲酰胺1.5，尿素1.5，十二烷基苯磺酸钠0.3，田菁粉0.9，微细雾化铝粉0.6，复合碱金属卤化物消焰剂复合碱金属卤化物消焰剂6(其中KCl 3，NH4Cl 3)，膨胀珍珠岩粉2.4，气泡稳定剂0.1，交联剂0.1。 
根据上述组分和含量，按照实施例1的制备步骤，既可制造出在-20℃以上，***威力大于27m(弹道抛掷法)的耐低温煤矿许用高威力乳化***。 
<实施例4> 
在-15℃范围能正常爆轰，***威力大于27m(弹道抛掷法)的耐低温煤矿许用高威力乳化***，选择组分和质量配比为：硝酸甲胺34.8，水10.6，硝酸铵26，硝酸钠15.2，甲酰胺2，尿素2，十二烷基苯磺酸钠0.3，田菁粉0.9，微细雾化铝粉0.6，复合碱金属卤化物消焰剂复合碱金属卤化物消焰剂6(其中KCl 3，NH4Cl 3)，膨胀珍珠岩粉2.4，气泡稳定剂0.1，交联剂0.1。 
根据上述组分和含量，按照实施例1的制备步骤，既可制造出在-20℃以上，***威力大于27m(弹道抛掷法)的耐低温煤矿许用高威力煤矿许用水胶***。 
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。 

Claims (5)

1.耐低温高威力煤矿许用高威力水胶***，其特征在于该***配方由下述组成成分制成：硝酸甲胺溶液（75-86%）32~35，水10~13，硝酸铵26~32，硝酸钠6~10，甲酰胺1～3，尿素1～3，十二烷基苯磺酸钠0.1～0.5，田菁粉0.8~1.0，微细雾化铝粉0.4~1.0，复合碱金属卤化物消焰剂4~8，膨胀珍珠岩粉1.5~3.2，气泡稳定剂0.08~0.12，交联剂0.08~0.12。
2.根据权利要求1所述的高威力煤矿许用水胶***，其特征是选用粒度0-10微米的微细雾化铝粉。
3.根据权利1所述的高威力煤矿许用水胶***，其特征是选用甲酰胺、尿素作为防冻剂，甲酰胺、尿素的比例为1:1。
4.根据权利1所述的高威力煤矿许用水胶***，其特征是选用氯化钾、氯化铵按1:1～1:2比例的复合碱金属氯化物作为消焰剂。
5.根据权利1所述的高威力煤矿许用水胶***，其特征是选用十二烷基苯磺酸钠作为硝酸铵低温下的晶型改进剂。
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