CN107213577A - 一种矿用防灭火材料 - Google Patents
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Abstract
本发明属于灭火材料技术领域，具体涉及一种矿用防灭火材料。本发明先将玻璃纤维、绢云母等粉碎得混合耐高温填料后与聚乙烯醇、去离子水搅拌混合，并加入乙酸乙烯酯、引发剂反应，得反应物，随后将丙烯酸和丙烯酰胺进行交联反应，得粘稠液，再将石灰石、海泡石、珍珠岩混合球磨制成浆料后与粘稠液搅拌分散，得混合物后烘干并研磨过筛，再与反应物、碳酸钠和粉煤灰混合得防灭火材料基料，最后将基料与水混合，即可得矿用防灭火材料，本发明制得的防灭火材料粘稠度合适、与煤体附着性好、耐火性能强、成膜后膜抗拉伸强度大，且材料易注入煤岩裂隙，能达到快速成膜堵漏、防灭火的效果，具有广泛的应用前景。
Description
技术领域
本发明属于灭火材料技术领域，具体涉及一种矿用防灭火材料。
背景技术
煤矿井下煤炭自燃发火是煤矿五大灾害之一。目前有50%的煤矿有煤自燃威胁，而且随着新的煤田开发及老矿井进入深部开采，煤自燃的威胁更加严重。煤自燃有一个或长或短的发生和发展过程，且因煤炭及岩体导热性差，不易及早发现。多数火源隐蔽，往往发生在人们难以进入的采空区或不能进入的煤柱内，及时扑灭较难。而一旦形成火灾，又来势迅猛。甚至迫使工作面停采，几千万乃至上亿元的机械设备封在火区内被损坏，已开拓、准备出的煤量被冻结，直接影响矿井正常生产和接续。同时，煤矿井下属半封闭空间，火灾在发生、发展期间产生大量有毒有害气体及有毒烟尘，严重威胁矿工生命安全。而灭火时产生的水蒸汽、水煤气等只能向一个方向移动，救灾人员的工作空间小，回旋余地小，给救灾人员带来很大的威胁。
鉴于煤自燃对煤矿生产严重的破坏性，以及对煤矿安全的严重威胁，目前已有不少行之有效地材料与方法，其中，喷涂堵漏防灭火技术在近几年发展很快，现已在有自然发火的无煤柱综放工作面普遍应用。喷涂类材料主要由磷-氮系阻燃剂和白乳胶组成，通过在工作面上下顺槽、停采线附近及漏风严重的地方进行喷涂堵漏，达到防灭火目的。该技术施工性好，堵漏风能力强，能够明显减小煤层自燃和瓦斯***的隐患。同时喷涂材料具有绿色环保，无有害物质放出，成膜后膜致密性好，堵漏性强，阻化阻燃等优点。但也存在喷涂材料粘稠度低，与煤体附壁性差，成膜后抗拉伸强度低等问题。因此，为确保煤矿安全生产，急需开发一种粘稠度高、附壁性好且成膜强度高的新防灭火材料。
发明内容
本发明主要解决的技术问题：针对现有的防灭火材料存在粘稠度低，与煤体附壁性差，成膜后抗拉伸强度低的问题，提供一种矿用防灭火材料。
为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：
一种矿用防灭火材料，按重量份数计，包括以下组分：80～90份反应物、20～30份吸水膨胀材料、20～30份碳酸钠、20～30份粉煤灰、400～500份水。
所述的反应物的制备方法为：
（1）按重量份数计，分别选取20～30份玻璃纤维、20～40份绢云母、40～50份石英石和40～60份凹凸棒土，粉碎后过筛，得耐高温填料；
（2）按质量比1:1:10，分别将聚乙烯醇、耐高温填料和水混合，加热，搅拌后依次滴加乙酸乙烯酯和过硫酸铵溶液，滴加后搅拌反应，反应后出料得反应物。
所述的吸水膨胀材料的制备方法为：
（1）按质量比30:1，称取丙烯酸和N,N'-亚甲基双丙烯酰胺混合，搅拌后滴加氢氧化钠溶液，滴加后依次加入丙烯酰胺、过硫酸钾溶液和N-甲基吡咯烷酮，加热至60～70℃，搅拌后出料，得粘稠液；
（2）按质量比1：1：1，分别称取石灰石、海泡石、珍珠岩混合后加入球磨机中球磨得混合粉末，并向球磨机中加入混合粉末质量1.2～1.5倍水，球磨后得浆料；
（3）按质量比1：3将浆料和粘稠液混合，并置于分散机中，在1200～1500r/min转速下搅拌分散30～40min，出料得混合物，放入烘箱中干燥，得干燥物后研磨，过筛，得吸水膨胀材料。
所述的加热温度为90～95℃，乙酸乙烯酯质量为聚乙烯醇质量1.0～1.2倍，过硫酸铵溶液质量为聚乙烯醇质量2～4%。
所述的氢氧化钠溶液质量为丙烯酸质量8～10%，丙烯酰胺为丙烯酸质量10～15%，过硫酸钾溶液为丙烯酸质量1～3%，N-甲基吡咯烷酮质量为丙烯酸质量2～4%。
本发明的有益效果是：
（1）本发明使用玻璃纤维、绢云母、石英石和凹凸棒土为耐高温填料，添加在聚乙烯醇和乙酸乙烯酯的反应物中，可以提高反应物的耐高温性能，并且使反应物具有一定的流动性和较强的粘附性，可以充填在煤层孔隙和裂隙并形成胶体层，与煤体间有很强的键力作用，并且耐高温填料会粘着在煤表面，从而形成隔离层，阻止煤与氧接触，并吸热降温；
（2）本发明在防灭火材料加入吸水膨胀树脂，其固水性很强，脱水速度很慢，水汽化过程是吸热过程，能使煤层温度大大的降低，并且亲水基暴露在空气中吸收水分，发生物理吸附，使煤体表面自由焓下降，从而能自发的对煤体表面进行润湿，起到隔绝着火物体与氧接触和提高冷却吸热效果；
（3）本发明在防灭火材料加入碳酸钠和粉煤灰，其目的是为了使碳酸钠在受热时产生二氧化碳气体，而二氧化碳密度比空气大，注入火区后，使氧气浓度降低，形成惰化带，起到阻燃效果，加入粉煤灰，可以使浆液的粘度增强，能够充分地与煤体接触，最大限度地防止了煤层发生氧化和自燃，进而达到了短时间内快速充填堵漏防灭火的目的；
（4）本发明将无机颗粒、高聚物、高分子胶体结合起来，从阻化、降温、隔氧多方面来切断了着火的三要素，从而实现隔绝氧气、防灭火的效果，且使用方便、灭火安全性好。
具体实施方式
按重量份数计，分别选取20～30份玻璃纤维、20～40份绢云母、40～50份石英石和40～60份凹凸棒土，依次加入粉碎机中粉碎，粉碎后过200～220目筛，得耐高温填料，按质量比1:1:10，分别称取聚乙烯醇、耐高温填料和水，混合后加热至90～95℃，保温搅拌20～30min后依次滴加聚乙烯醇质量1.0～1.2倍乙酸乙烯酯和聚乙烯醇质量2～4%质量分数为5%过硫酸铵溶液，控制滴加速度为1～2mL/min，滴加结束后升高水浴温度至75～80℃，并保温搅拌反应40～60min，反应后冷却至室温并出料得反应物，按质量比30:1，称取丙烯酸和N,N'-亚甲基双丙烯酰胺混合，搅拌后滴加丙烯酸质量8～10%质量分数为10%氢氧化钠溶液，控制滴加速度为2～3mL/min，待滴加完成后依次加入丙烯酸质量10～15%丙烯酰胺、丙烯酸质量1～3%质量分数为5%过硫酸钾溶液和丙烯酸质量2～4%N-甲基吡咯烷酮，并在800～900r/min转速下搅拌80～100min，搅拌完成后将三口烧瓶放入水浴锅中，在60～70℃温度下继续搅拌1～2h，搅拌后冷却至室温并出料，得粘稠液，按质量比1：1：1，分别称取石灰石、海泡石、珍珠岩混合后加入球磨机中球磨得混合粉末，并向球磨机中加入混合粉末质量1.2～1.5倍水，球磨30～50min后得浆料，再按质量比1：3将浆料和粘稠液混合，并置于分散机中，在1200～1500r/min转速下搅拌分散30～40min，出料得混合物，再将混合物放入烘箱中，在60～80℃温度下干燥3～5h，得干燥物后加入研磨机中研磨，研磨后过150～170目筛，得吸水膨胀材料，按重量份数计，分别选取80～90份反应物、20～30份吸水膨胀材料、20～30份碳酸钠、20～30份粉煤灰、400～500份水，搅拌混合20～30min后得到矿用防灭火材料。
实例1
按重量份数计，分别选取20份玻璃纤维、20份绢云母、40份石英石和40份凹凸棒土，依次加入粉碎机中粉碎，粉碎后过200目筛，得耐高温填料，按质量比1:1:10，分别称取聚乙烯醇、耐高温填料和水，混合后加热至90℃，保温搅拌20min后依次滴加聚乙烯醇质量1.0倍乙酸乙烯酯和聚乙烯醇质量2%质量分数为5%过硫酸铵溶液，控制滴加速度为1mL/min，滴加结束后升高水浴温度至75℃，并保温搅拌反应40min，反应后冷却至室温并出料得反应物，按质量比30:1，称取丙烯酸和N,N'-亚甲基双丙烯酰胺混合，搅拌后滴加丙烯酸质量8%质量分数为10%氢氧化钠溶液，控制滴加速度为2mL/min，待滴加完成后依次加入丙烯酸质量10%丙烯酰胺、丙烯酸质量1%质量分数为5%过硫酸钾溶液和丙烯酸质量2%N-甲基吡咯烷酮，并在800r/min转速下搅拌80min，搅拌完成后将三口烧瓶放入水浴锅中，在60℃温度下继续搅拌1h，搅拌后冷却至室温并出料，得粘稠液，按质量比1：1：1，分别称取石灰石、海泡石、珍珠岩混合后加入球磨机中球磨得混合粉末，并向球磨机中加入混合粉末质量1.2倍水，球磨30min后得浆料，再按质量比1：3将浆料和粘稠液混合，并置于分散机中，在1200r/min转速下搅拌分散30min，出料得混合物，再将混合物放入烘箱中，在60℃温度下干燥3h，得干燥物后加入研磨机中研磨，研磨后过150目筛，得吸水膨胀材料，按重量份数计，分别选取80份反应物、20份吸水膨胀材料、20份碳酸钠、20份粉煤灰、400份水，搅拌混合20min后得到矿用防灭火材料。
实例2
按重量份数计，分别选取25份玻璃纤维、30份绢云母、45份石英石和50份凹凸棒土，依次加入粉碎机中粉碎，粉碎后过210目筛，得耐高温填料，按质量比1:1:10，分别称取聚乙烯醇、耐高温填料和水，混合后加热至93℃，保温搅拌25min后依次滴加聚乙烯醇质量1.1倍乙酸乙烯酯和聚乙烯醇质量3%质量分数为5%过硫酸铵溶液，控制滴加速度为1mL/min，滴加结束后升高水浴温度至78℃，并保温搅拌反应50min，反应后冷却至室温并出料得反应物，按质量比30:1，称取丙烯酸和N,N'-亚甲基双丙烯酰胺混合，搅拌后滴加丙烯酸质量9%质量分数为10%氢氧化钠溶液，控制滴加速度为2mL/min，待滴加完成后依次加入丙烯酸质量13%丙烯酰胺、丙烯酸质量2%质量分数为5%过硫酸钾溶液和丙烯酸质量3%N-甲基吡咯烷酮，并在850r/min转速下搅拌90min，搅拌完成后将三口烧瓶放入水浴锅中，在65℃温度下继续搅拌1h，搅拌后冷却至室温并出料，得粘稠液，按质量比1：1：1，分别称取石灰石、海泡石、珍珠岩混合后加入球磨机中球磨得混合粉末，并向球磨机中加入混合粉末质量1.4倍水，球磨40min后得浆料，再按质量比1：3将浆料和粘稠液混合，并置于分散机中，在1350r/min转速下搅拌分散35min，出料得混合物，再将混合物放入烘箱中，在70℃温度下干燥4h，得干燥物后加入研磨机中研磨，研磨后过160目筛，得吸水膨胀材料，按重量份数计，分别选取85份反应物、25份吸水膨胀材料、25份碳酸钠、25份粉煤灰、450份水，搅拌混合25min后得到矿用防灭火材料。
实例3
按重量份数计，分别选取30份玻璃纤维、40份绢云母、50份石英石和60份凹凸棒土，依次加入粉碎机中粉碎，粉碎后过220目筛，得耐高温填料，按质量比1:1:10，分别称取聚乙烯醇、耐高温填料和水，混合后加热至95℃，保温搅拌30min后依次滴加聚乙烯醇质量1.2倍乙酸乙烯酯和聚乙烯醇质量4%质量分数为5%过硫酸铵溶液，控制滴加速度为2mL/min，滴加结束后升高水浴温度至80℃，并保温搅拌反应60min，反应后冷却至室温并出料得反应物，按质量比30:1，称取丙烯酸和N,N'-亚甲基双丙烯酰胺混合，搅拌后滴加丙烯酸质量10%质量分数为10%氢氧化钠溶液，控制滴加速度为3mL/min，待滴加完成后依次加入丙烯酸质量15%丙烯酰胺、丙烯酸质量3%质量分数为5%过硫酸钾溶液和丙烯酸质量4%N-甲基吡咯烷酮，并在900r/min转速下搅拌100min，搅拌完成后将三口烧瓶放入水浴锅中，在70℃温度下继续搅拌2h，搅拌后冷却至室温并出料，得粘稠液，按质量比1：1：1，分别称取石灰石、海泡石、珍珠岩混合后加入球磨机中球磨得混合粉末，并向球磨机中加入混合粉末质量1.5倍水，球磨50min后得浆料，再按质量比1：3将浆料和粘稠液混合，并置于分散机中，在1500r/min转速下搅拌分散40min，出料得混合物，再将混合物放入烘箱中，在80℃温度下干燥5h，得干燥物后加入研磨机中研磨，研磨后过170目筛，得吸水膨胀材料，按重量份数计，分别选取90份反应物、30份吸水膨胀材料、30份碳酸钠、30份粉煤灰、500份水，搅拌混合30min后得到矿用防灭火材料。
按质量比1:10，分别将实例1～3制得的矿用防灭火材料和市售复合凝胶防灭火材料（对比例）与水搅拌混合15min后利用泥浆泵喷涂在井下待防灭火区域，并对防灭火材料性能进行检测，其检测结果如下表：
综上所述，本发明制得的矿用防灭火材料具有固化速度快，成膜强度高的特点，同时防灭火效果明显，可有效防止井下煤炭自然现象。
Claims (5)
1.一种矿用防灭火材料，其特征在于，按重量份数计，包括以下组分：80～90份反应物、20～30份吸水膨胀材料、20～30份碳酸钠、20～30份粉煤灰、400～500份水。
2.所述的反应物的制备方法为：
（1）按重量份数计，分别选取20～30份玻璃纤维、20～40份绢云母、40～50份石英石和40～60份凹凸棒土，粉碎后过筛，得耐高温填料；
（2）按质量比1:1:10，分别将聚乙烯醇、耐高温填料和水混合，加热，搅拌后依次滴加乙酸乙烯酯和过硫酸铵溶液，滴加后搅拌反应，反应后出料得反应物。
3.根据权利要求1所述的一种矿用防灭火材料，其特征在于：所述的吸水膨胀材料的制备方法为：
（1）按质量比30:1，称取丙烯酸和N,N'-亚甲基双丙烯酰胺混合，搅拌后滴加氢氧化钠溶液，滴加后依次加入丙烯酰胺、过硫酸钾溶液和N-甲基吡咯烷酮，加热至60～70℃，搅拌后出料，得粘稠液；
（2）按质量比1：1：1，分别称取石灰石、海泡石、珍珠岩混合后加入球磨机中球磨得混合粉末，并向球磨机中加入混合粉末质量1.2～1.5倍水，球磨后得浆料；
（3）按质量比1：3将浆料和粘稠液混合，并置于分散机中，在1200～1500r/min转速下搅拌分散30～40min，出料得混合物，放入烘箱中干燥，得干燥物后研磨，过筛，得吸水膨胀材料。
4.根据权利要求1所述的一种矿用防灭火材料，其特征在于：所述的加热温度为90～95℃，乙酸乙烯酯质量为聚乙烯醇质量1.0～1.2倍，过硫酸铵溶液质量为聚乙烯醇质量2～4%。
5.根据权利要求2所述的一种矿用防灭火材料，其特征在于：所述的氢氧化钠溶液质量为丙烯酸质量8～10%，丙烯酰胺为丙烯酸质量10～15%，过硫酸钾溶液为丙烯酸质量1～3%，N-甲基吡咯烷酮质量为丙烯酸质量2～4%。
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