CN108498998B - 煤矿用复合灭火材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供的一种煤矿用复合灭火材料，所述灭火材料按重量百分数包括如下组分：沙土12‑15％、蛭石5‑7％、叶腊石3.2‑3.5％、膨润土2.7‑3.5％、纳米二氧化硅1.7‑2.0％、羧甲基纤维素钠1.2‑1.5％、羟乙基纤维素0.5‑0.6％、硅酸盐混合物1.1‑1.3％、三聚氰胺氰尿酸盐0.6‑0.7％、磷酸0.3‑0.6％、海藻酸钠0.1‑0.3％、吐温‑80 0.1‑0.3％、聚乙烯醇缩丁醛0.1‑0.3％、壳聚糖0.1‑0.2％、其余为水，以上各原料组分的总量为100％。本发明制得的复合灭火材料最终能够通过在煤炭表面形成多层结构，而且可针对性的对煤炭进行降温，从而起到隔热、隔氧、抑烟等功效，进而达到高效阻燃、快速灭火的效果，大大提供了材料的阻燃性能。
Description
技术领域
本发明涉及防灭火材料技术领域，具体涉及一种煤矿用复合灭火材料及其制备方法。
背景技术
井工开采的煤矿一般受制于开采技术限制，都会在采空区遗留较多的煤炭，在供氧与蓄热环境适宜情况下，经过一段时间就会发生煤炭自燃。煤矿井下煤炭自燃发火是煤矿五大灾害之一。我国是产煤大国，目前有50％的煤矿有煤自燃威胁，而且随着我国中西部新的褐煤煤田开发及老矿井进入深部开采、煤自燃的威胁更加严重。煤自燃火灾的基本原理也服从燃烧三角形和四边形。但其形成过程、自燃的环境、防灭火的条件和方法，有自己的特点。煤自燃火灾有一个或长或短的发生发展过程，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(如CO、CO2、SO2)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。
常见的灭火剂有水、泡沫、卤代烷、二氧化碳等。卤代烷、二氧化碳、惰性气体等气体灭火剂价格较高，且在开放空间难以发挥出其灭火效率；干粉灭火剂灭火效率较高，灭火速度快.但干粉灭火时对燃烧的冷却作用小.基本不具备覆盖和防止燃烧蒸发的作用，煤堆表面容易引起复燃，煤堆内部基本不发挥作用；泡沫灭火剂应用于可燃液体火灾灭火效率高，灭火速度快.但用来扑救煤自燃火灾效能低、用量大、不经济。
因此，煤矿安全生产急需高效阻燃，快速灭火且不易复燃的新材料。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种能够高效阻燃、快速灭火且不易复燃的煤矿用复合灭火材料，并提供了用于制备这种材料的制备方法，操作简单。
本发明提供的煤矿用复合灭火材料，所述灭火材料按重量百分数包括如下组分：沙土12-15％、蛭石5-7％、叶腊石3.2-3.5％、膨润土2.7-3.5％、纳米二氧化硅1.7-2.0％、羧甲基纤维素钠1.2-1.5％、羟乙基纤维素0.5-0.6％、硅酸盐混合物1.1-1.3％、三聚氰胺氰尿酸盐0.6-0.7％、磷酸0.3-0.6％、海藻酸钠0.1-0.3％、吐温-80 0.1-0.3％、聚乙烯醇缩丁醛0.1-0.3％、壳聚糖0.1-0.2％、其余为水，以上各原料组分的总量为100％；
进一步，所述灭火材料按重量百分数包括如下组分：沙土13％、蛭石6％、叶腊石3.3％、膨润土3.2％、纳米二氧化硅1.8％、羧甲基纤维素钠1.3％、羟乙基纤维素0.5％、硅酸盐混合物1.2％、三聚氰胺氰尿酸盐0.6％、磷酸0.4％、海藻酸钠0.2％、吐温-80 0.2％、聚乙烯醇缩丁醛0.2％、壳聚糖0.1％、和水68.0％；
进一步，所述硅酸盐混合物由硅酸钠和硅酸锂按质量比为0.5-0.6:2.0混合组成；
进一步，所述沙土、蛭石、叶腊石和膨润土的粒径均少于120μm。
本发明还公开了一种制备煤矿用复合灭火材料的方法，包括如下步骤：先将羧甲基纤维素钠、羟乙基纤维素、硅酸盐混合物、三聚氰胺氰尿酸盐、海藻酸钠、聚乙烯醇缩丁醛、壳聚糖与3/4体积的水搅拌混合10-15min，之后向其中加入沙土、蛭石、叶腊石和膨润土充分搅拌15-20min，再加入吐温-80、纳米二氧化硅、磷酸和剩余的水，混合搅拌30min即可。
本发明的有益效果：
本发明采用多种性能优良、低毒害的组分按照特定含量进行混合，能够充分发挥各原料组分之间的协同作用，制得高效阻燃、快速灭火且不易复燃的煤矿用复合灭火材料，将本发明制得的复合灭火材料喷射到自燃的煤炭上，能够快速在煤炭上形成可包覆于煤炭上的沙土层、不可燃膜层和多孔泡沫焦炭层等多层结构，从而可起到隔热、隔氧、抑烟等功效，而且起到支撑并分散凝胶效果且具有吸水膨胀性的原料组分如蛭石、膨润土等，还可以发挥其自身优异的吸水膨胀性，从而利用其所吸附的水针对性地对煤炭进行快速降温，使燃烧停止。其中，沙土自身不燃，喷射后包覆到煤炭上能够形成沙土层；硅酸盐混合物与原料中的酸性物质如磷酸等作用后可在水中游离出凝胶，纳米二氧化硅等可增加凝胶的粘接效果，加快凝胶的固结速度，使凝胶层能够更好的附着于煤炭上，从而在煤炭上快速自干形成不可燃膜层；羧甲基纤维素钠、羟乙基纤维素、壳聚糖、磷酸、三聚氰胺氰尿酸盐等协同可利用煤炭自燃产生的高温在煤炭表面形成多孔泡沫焦炭层。
本发明制得的复合灭火材料最终能够通过在煤炭表面形成多层结构，从而起到隔热、隔氧、抑烟等功效，而且可针对性的对煤炭进行降温，进而达到高效阻燃、快速灭火的效果，大大提供了材料的阻燃性能。同时，本发明制备工艺简便，适合于工业化推广和生产应用。
具体实施方式
本实施例提供的煤矿用复合灭火材料，所述灭火材料按重量百分数包括如下组分：沙土12-15％、蛭石5-7％、叶腊石3.2-3.5％、膨润土2.7-3.5％、纳米二氧化硅1.7-2.0％、羧甲基纤维素钠1.2-1.5％、羟乙基纤维素0.5-0.6％、硅酸盐混合物1.1-1.3％、三聚氰胺氰尿酸盐0.6-0.7％、磷酸0.3-0.6％、海藻酸钠0.1-0.3％、吐温-80(聚山梨酯-80)0.1-0.3％、聚乙烯醇缩丁醛0.1-0.3％、壳聚糖0.1-0.2％、其余为水，以上各原料组分的总量为100％；
优选地，所述灭火材料按重量百分数包括如下组分：沙土13％、蛭石6％、叶腊石3.3％、膨润土3.2％、纳米二氧化硅1.8％、羧甲基纤维素钠1.3％、羟乙基纤维素0.5％、硅酸盐混合物1.2％、三聚氰胺氰尿酸盐0.6％、磷酸0.4％、海藻酸钠0.2％、吐温-80 0.2％、聚乙烯醇缩丁醛0.2％、壳聚糖0.1％、和水68.0％；本实施例采用多种性能优良、低毒害的组分按照特定含量进行混合，能够充分发挥各原料组分之间的协同作用，制得高效阻燃、快速灭火且不易复燃的煤矿用复合灭火材料，将本实施例制得的复合灭火材料喷射到自燃的煤炭上，能够快速在煤炭上形成可包覆于煤炭上的沙土层、不可燃膜层和多孔泡沫焦炭层等多层结构，从而可起到隔热、隔氧、抑烟等功效，而且起到支撑并分散凝胶效果且具有吸水膨胀性的原料组分如蛭石、膨润土等，还可以发挥其自身优异的吸水膨胀性，从而利用其所吸附的水针对性地对煤炭进行快速降温，使燃烧停止。其中，沙土自身不燃，喷射后包覆到煤炭上能够形成沙土层；硅酸盐混合物与原料中的酸性物质如磷酸等作用后可在水中游离出凝胶，纳米二氧化硅等可增加凝胶的粘接效果，加快凝胶的固结速度，使凝胶层能够更好的附着于煤炭上，从而在煤炭上快速自干形成不可燃膜层；羧甲基纤维素钠、羟乙基纤维素、壳聚糖、磷酸、三聚氰胺氰尿酸盐等协同可利用煤炭自燃产生的高温在煤炭表面形成多孔泡沫焦炭层；本实施例制得的复合灭火材料最终能够通过在煤炭表面形成多层结构，从而起到隔热、隔氧、抑烟等功效，进而达到高效阻燃、快速灭火的效果，大大提供了材料的阻燃性能。此外，添加的少量聚乙烯醇缩丁醛能够有效地防止其它原料组分发生粘接，吐温-80协同其它组分起到优异的润湿效果。
本实施例中，所述硅酸盐混合物由硅酸钠和硅酸锂按质量比为0.5-0.6:2.0混合组成；按照这种比例进行混合，有利于更好地发生成膜反应。
本实施例中，所述沙土、蛭石、叶腊石和膨润土的粒径均少于120μm；有利于材料实现更好的分散。
本实施例还公开了一种制备煤矿用复合灭火材料的方法，包括如下步骤：先将羧甲基纤维素钠、羟乙基纤维素、硅酸盐混合物、三聚氰胺氰尿酸盐、海藻酸钠、聚乙烯醇缩丁醛、壳聚糖与3/4体积的水搅拌混合10-15min，之后向其中加入沙土、蛭石、叶腊石和膨润土充分搅拌15-20min，再加入吐温-80、纳米二氧化硅、磷酸和剩余的水，混合搅拌30min即可；制备工艺简便，有助于各组分更好的分散，更好的实现相互协同作用，制备出灭火性能优异的复合材料，适合于工业化推广和生产应用。
以下为具体实施例
实施例一
本实施例提供的煤矿用复合灭火材料，所述灭火材料按重量百分数包括如下组分：沙土12％、蛭石7％、叶腊石3.2％、膨润土3.5％、纳米二氧化硅1.7％、羧甲基纤维素钠1.5％、羟乙基纤维素0.5％、硅酸盐混合物1.3％、三聚氰胺氰尿酸盐0.6％、磷酸0.6％、海藻酸钠0.1％、吐温-80 0.3％、聚乙烯醇缩丁醛0.1％、壳聚糖0.2％和水67.4％；
其中：
所述硅酸盐混合物由硅酸钠和硅酸锂按质量比为0.6:2.0混合组成；
所述沙土、蛭石、叶腊石和膨润土的粒径均少于120μm。
本实施例中，制备煤矿用复合灭火材料的方法，包括如下步骤：先将羧甲基纤维素钠、羟乙基纤维素、硅酸盐混合物、三聚氰胺氰尿酸盐、海藻酸钠、聚乙烯醇缩丁醛、壳聚糖与3/4体积的水搅拌混合12min，之后向其中加入沙土、蛭石、叶腊石和膨润土充分搅拌18min，再加入吐温-80、纳米二氧化硅、磷酸和剩余的水，混合搅拌30min即可。
本实施例中制得的产品分布均匀，无有害物质放出。
当应用于某矿进行灭火试验时，发现把本实施例制得的复合灭火材料喷射到正在燃烧的煤炭上后，该复合材料能够很快地在煤炭表面进行铺展，灭火时间短，还能够阻止燃烧产生的烟气的释放，灭火效果很好，且在熄灭的煤炭表面发现形成了多层包覆结构。
实施例二
本实施例提供的煤矿用复合灭火材料，所述灭火材料按重量百分数包括如下组分：沙土15％、蛭石7％、叶腊石3.5％、膨润土3.5％、纳米二氧化硅2.0％、羧甲基纤维素钠1.5％、羟乙基纤维素0.6％、硅酸盐混合物1.3％、三聚氰胺氰尿酸盐0.7％、磷酸0.6％、海藻酸钠0.3％、吐温-80 0.3％、聚乙烯醇缩丁醛0.3％、壳聚糖0.2％和水63.2％；
其中：
所述硅酸盐混合物由硅酸钠和硅酸锂按质量比为0.6:2.0混合组成；
所述沙土、蛭石、叶腊石和膨润土的粒径均少于120μm。
本实施例中，制备煤矿用复合灭火材料的方法，包括如下步骤：先将羧甲基纤维素钠、羟乙基纤维素、硅酸盐混合物、三聚氰胺氰尿酸盐、海藻酸钠、聚乙烯醇缩丁醛、壳聚糖与3/4体积的水搅拌混合15min，之后向其中加入沙土、蛭石、叶腊石和膨润土充分搅拌20min，再加入吐温-80、纳米二氧化硅、磷酸和剩余的水，混合搅拌30min即可。
本实施例中制得的产品分布均匀，无有害物质放出。
当应用于某矿进行灭火试验时，发现把本实施例制得的复合灭火材料喷射到正在燃烧的煤炭上后，该复合材料能够很快地在煤炭表面进行铺展，灭火时间短，还能够阻止燃烧产生的烟气的释放，灭火效果很好，且在熄灭的煤炭表面发现形成了多层包覆结构。
实施例三
本实施例提供的煤矿用复合灭火材料，所述灭火材料按重量百分数包括如下组分：沙土13％、蛭石6％、叶腊石3.3％、膨润土3.2％、纳米二氧化硅1.8％、羧甲基纤维素钠1.3％、羟乙基纤维素0.5％、硅酸盐混合物1.2％、三聚氰胺氰尿酸盐0.6％、磷酸0.4％、海藻酸钠0.2％、吐温-80 0.2％、聚乙烯醇缩丁醛0.2％、壳聚糖0.1％和水68.0％。
其中：
所述硅酸盐混合物由硅酸钠和硅酸锂按质量比为0.5:2.0混合组成；
所述沙土、蛭石、叶腊石和膨润土的粒径均少于120μm。
本实施例中，制备煤矿用复合灭火材料的方法，包括如下步骤：先将羧甲基纤维素钠、羟乙基纤维素、硅酸盐混合物、三聚氰胺氰尿酸盐、海藻酸钠、聚乙烯醇缩丁醛、壳聚糖与3/4体积的水搅拌混合12min，之后向其中加入沙土、蛭石、叶腊石和膨润土充分搅拌18min，再加入吐温-80、纳米二氧化硅、磷酸和剩余的水，混合搅拌30min即可。
本实施例中制得的产品分布均匀，无有害物质放出。
当应用于某矿进行灭火试验时，发现把本实施例制得的复合灭火材料喷射到正在燃烧的煤炭上后，该复合材料能够很快地在煤炭表面进行铺展，灭火时间短，还能够阻止燃烧产生的烟气的释放，灭火效果很好，且在熄灭的煤炭表面发现形成了多层包覆结构。
实施例四
本实施例提供的煤矿用复合灭火材料，所述灭火材料按重量百分数包括如下组分：沙土12％、蛭石5％、叶腊石3.2％、膨润土2.7％、纳米二氧化硅1.7％、羧甲基纤维素钠1.2％、羟乙基纤维素0.5％、硅酸盐混合物1.1％、三聚氰胺氰尿酸盐0.6％、磷酸0.3％、海藻酸钠0.1％、吐温-80 0.1％、聚乙烯醇缩丁醛0.1％、壳聚糖0.1％和水71.3％；
其中：
所述硅酸盐混合物由硅酸钠和硅酸锂按质量比为0.5:2.0混合组成；
所述沙土、蛭石、叶腊石和膨润土的粒径均少于120μm。
本实施例中，制备煤矿用复合灭火材料的方法，包括如下步骤：先将羧甲基纤维素钠、羟乙基纤维素、硅酸盐混合物、三聚氰胺氰尿酸盐、海藻酸钠、聚乙烯醇缩丁醛、壳聚糖与3/4体积的水搅拌混合10min，之后向其中加入沙土、蛭石、叶腊石和膨润土充分搅拌15min，再加入吐温-80、纳米二氧化硅、磷酸和剩余的水，混合搅拌30min即可。
本实施例中制得的产品分布均匀，无有害物质放出。
当应用于某矿进行灭火试验时，发现把本实施例制得的复合灭火材料喷射到正在燃烧的煤炭上后，该复合材料能够很快地在煤炭表面进行铺展，灭火时间短，还能够阻止燃烧产生的烟气的释放，灭火效果很好，且在熄灭的煤炭表面发现形成了多层包覆结构。
实施例五
本实施例提供的煤矿用复合灭火材料，所述灭火材料按重量百分数包括如下组分：沙土15％、蛭石5％、叶腊石3.5％、膨润土2.7％、纳米二氧化硅2.0％、羧甲基纤维素钠1.2％、羟乙基纤维素0.6％、硅酸盐混合物1.1％、三聚氰胺氰尿酸盐0.7％、磷酸0.3％、海藻酸钠0.3％、吐温-80 0.1％、聚乙烯醇缩丁醛0.3％、壳聚糖0.1％和水67.1％；
其中：
所述硅酸盐混合物由硅酸钠和硅酸锂按质量比为0.5:2.0混合组成；
所述沙土、蛭石、叶腊石和膨润土的粒径均少于120μm。
本实施例中，制备煤矿用复合灭火材料的方法，包括如下步骤：先将羧甲基纤维素钠、羟乙基纤维素、硅酸盐混合物、三聚氰胺氰尿酸盐、海藻酸钠、聚乙烯醇缩丁醛、壳聚糖与3/4体积的水搅拌混合12min，之后向其中加入沙土、蛭石、叶腊石和膨润土充分搅拌18min，再加入吐温-80、纳米二氧化硅、磷酸和剩余的水，混合搅拌30min即可。
本实施例中制得的产品分布均匀，无有害物质放出。
当应用于某矿进行灭火试验时，发现把本实施例制得的复合灭火材料喷射到正在燃烧的煤炭上后，该复合材料能够很快地在煤炭表面进行铺展，灭火时间短，还能够阻止燃烧产生的烟气的释放，灭火效果很好，且在熄灭的煤炭表面发现形成了多层包覆结构。
上述实施例中的原料组分均可通过市场进行购买，水采用自来水即可。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (3)
1.一种煤矿用复合灭火材料，其特征在于：所述灭火材料按重量百分数包括如下组分：沙土12-15％、蛭石5-7％、叶腊石3.2-3.5％、膨润土2.7-3.5％、纳米二氧化硅1.7-2.0％、羧甲基纤维素钠1.2-1.5％、羟乙基纤维素0.5-0.6％、硅酸盐混合物1.1-1.3％、三聚氰胺氰尿酸盐0.6-0.7％、磷酸0.3-0.6％、海藻酸钠0.1-0.3％、吐温-80 0.1-0.3％、聚乙烯醇缩丁醛0.1-0.3％、壳聚糖0.1-0.2％、其余为水，以上各原料组分的总量为100％；
所述硅酸盐混合物由硅酸钠和硅酸锂按质量比为0.5-0.6:2.0混合组成；
所述沙土、蛭石、叶腊石和膨润土的粒径均少于120μm。
2.根据权利要求1所述的煤矿用复合灭火材料，其特征在于：所述灭火材料按重量百分数包括如下组分：沙土13％、蛭石6％、叶腊石3.3％、膨润土3.2％、纳米二氧化硅1.8％、羧甲基纤维素钠1.3％、羟乙基纤维素0.5％、硅酸盐混合物1.2％、三聚氰胺氰尿酸盐0.6％、磷酸0.4％、海藻酸钠0.2％、吐温-80 0.2％、聚乙烯醇缩丁醛0.2％、壳聚糖0.1％、和水68.0％。
3.一种制备煤矿用复合灭火材料的方法，其特征在于：包括如下步骤：先将羧甲基纤维素钠、羟乙基纤维素、硅酸盐混合物、三聚氰胺氰尿酸盐、海藻酸钠、聚乙烯醇缩丁醛、壳聚糖与3/4体积的水搅拌混合10-15min，之后向其中加入沙土、蛭石、叶腊石和膨润土充分搅拌15-20min，再加入吐温-80、纳米二氧化硅、磷酸和剩余的水，混合搅拌30min即可。
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