CN109738128B - 用于预测采空区煤自燃的温敏性材料、制备方法及应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于预测采空区煤自燃的温敏性材料、制备方法及应用，温敏性材料由一种含示踪性芯材的胶囊构成，所述胶囊的囊壁由70型氯化石蜡和52型氯化石蜡按3:1～6:1的比例混匀得到的制备原料制成，示踪性芯材包括SF6和工业香精。本发明可直接用于采空区，不需要进行前期布置，简便易行；囊壁的氯化石蜡稳定性好，在常温下可保护囊芯材料长期存于采空区，示踪性芯材易于制取和获得，当采空区遗煤出现高温隐患，环境温度达到或超过胶囊的囊壁软化的临界值时，囊壁融化破裂，并可通过人体嗅觉及SF6检测仪检测到，从而稳定有效地预测煤自燃的现象，避免煤自燃引起的重大事故；金属框架可防止受地质问题的影响遭到破坏，提高***的容错率。
Description
技术领域
本发明涉及一种温敏性材料，具体是一种用于预测采空区煤自燃的温敏性材料、制备方法及应用，应用于厂房内部零部件的转运。
背景技术
煤自燃是威胁煤炭安全开采的主要自然灾害之一。据统计，我国已开采煤层中约80％具有较高的自燃倾向性；开采厚煤层的矿井基本上都存在煤自燃问题，平均每年因此封闭的工作面高达100多个；除损毁煤炭资源外，煤自燃产生的有毒有害气体对人员身心健康构成严重威胁；一些特殊条件下，甚至会诱发瓦斯、煤尘***等重特大恶性事故，导致重大的经济损失和安全隐患。因此，实现煤自燃的及时高效预测预报，对于有效防控煤自燃灾害具有十分重要的意义。
为了实现煤自燃灾害的预测预报，目前主要通过在采空区安装布置线路、传感器、束管等方式监测预测煤自燃，对防控煤自燃灾害起到了一定的作用。但是，
现有的煤自燃预测预报技术手段主要存在以下问题：①由于需要提前在采空区布置传感器及长线路，管理困难，且设备很容易在工作面推进过程中被破坏继而带来财产损失，且一旦破坏后很难重新布置。②布置束管由于线路较长，需要加设保护套管，成本高，且长线路的抽取气体，难以保证在抽取过程中未漏气，同时很难保证抽出的气体为采空区气体，监测预测的准确性不高。③由于管理问题，现有的监测预测技术需要在地面进行分析，再联系井下需要过程，很难保证人员执行始终及时到位。
发明内容
针对上述现有技术存在的问题，本发明的目的是提供一种用于预测采空区煤自燃的温敏性材料及其制备方法，设置容易、投入少，可以避免设备损坏带来的投入成本提升，能够适应采空区复杂的地质、气候环境，稳定有效地预测煤自燃的现象，避免损毁煤炭资源带来的经济损失，也能够杜绝煤自燃对工作人员身体健康的危害以及煤自燃引起的重大事故的发生。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种用于预测采空区煤自燃的温敏性材料，所述材料是含有示踪性芯材且其囊壁能够在设定温度下破裂并释放出内部示踪性芯材的胶囊，所述胶囊的囊壁为具有温敏特性的氯化石蜡层，所述示踪性芯材包括SF6和工业香精。
优选的，所述囊壁由70型氯化石蜡和52型氯化石蜡按3:1～6:1的比例混合均匀后作为制备原料制成。采用不同配比制得的囊壁材料相变温度不同，从而实际使用时可以根据煤自热发展过程的临界温度的不同选用相应配比的囊壁材料对采空区煤自燃进行预测。
本发明还公开了一种用于预测采空区煤自燃的温敏性材料的制备方法，包括如下步骤：
步骤一、按3:1～6:1的比例称取70型氯化石蜡和52型氯化石蜡，将其放在一起缓慢加热至130℃熔化为液态的囊壁材料，利用中空吹塑成型技术将熔融状的氯化石蜡做成空心球体状的囊壁，并在空心球体的顶点中心处预留小孔；
步骤二、先通过仪器连通导管向制作好的空心球体中注入SF6气体，充满空心球体内，排净空气，再注入0.25mL的工业香精，然后用熔融的囊壁材料通过滴加方式封闭小孔，并检验空心球体的密闭性以确定不漏气；
步骤三、在球体外用金属做一个边长1.2cm的正方体框架，用铁丝网将框架包裹，避免采空区落石或挤压损坏囊壁，造成误报警。
优选的，所述球体的直径1.0cm～1.2cm，壁厚0.3mm～0.5mm。
优选的，上述步骤二中采用的工业香精为粉末状。
为了保证操作的稳定性，所述步骤二中向制作好的空心球体中注入SF6气体的过程在4℃和1个标准大气压下进行。
本发明还公开了一种用于预测采空区煤自燃的温敏性材料的应用，在工作面推进过程中同步将温敏性材料撒布于采空区浮煤上方即可进行监测，当采空区遗煤出现高温隐患，环境温度达到或超过胶囊的囊壁软化的临界值时，囊壁融化破裂，其中的示踪气体和香精的香味散发出来，随风流进入回风巷，在回风巷可采用检测仪实时检测到示踪气体，同时人员在工作面可以闻到香精的气味，确定温度超标，可以及时采取有效措施防止煤自燃的发生，人员也可及时上报反映情况。
相对于现有技术，本发明具有如下优势：
(1)本发明所述预测预报煤自燃的温敏性材料的胶囊壁为特别配制的氯化石蜡聚合物，热稳定性好、软化点适当且有益于抑制煤自燃反应。该材料作为囊壁材料具有良好的耐潮湿性、热稳定性和耐热性，在常温下不会发生气体的泄露，只有当达到一定温度后才会自动熔融破裂释放出示踪气体及香精；该材料本身就具有阻燃性，其熔融态的壁材本身会形成一层膜状物覆盖于煤体表面，隔断了煤体表面活性基团与氧气的直接接触，使得煤氧结合难度增大，也可与煤分子发生取代作用和络合作用而生成稳定的链环，提高煤与氧反应的活化能，增强了煤分子的稳定性，抑制了煤分子的氧化断裂，有益于抑制煤自燃反应。监测所用的示踪气体SF6为具备示踪功能的稀有气体，泄露出来后很容易在回风侧被测得，或者所用的香料很容易让作业人员在工作面直接闻到香味，能够及时了解到采空区温度超标，并及时采取措施消除煤自燃的隐患或抑制煤自燃，从而避免损毁煤炭资源带来的经济损失，也能够杜绝煤自燃对工作人员身体健康的危害以及煤自燃引起的重大事故的发生。
(2)与现有监测***相比，本发明不需要对采空区进行设备布置，简便易行，节约了投入成本，更不用担心设备损坏带来多余的成本投入。根据煤自燃过程的分段特性及其临界温度阈值，将原料按一定比例选取组合，最终可制备不同相变温度的温敏性材料；材料便于携带，使用时只需在工作面推进过程中同步将本发明的材料撒布于架后采空区浮煤上方，可以适应采空区复杂的地质、气候环境，耐潮湿性、热稳定性和耐热性的胶囊壁可以始终起到屏蔽作用，使得示踪气体不会受外界环境的影响发生泄漏，防止气体的散失影响正常情况下的作业，也不会导致超标后无气体发出，保证关键时刻的运行良好，充分发挥了稳定监测监控的作用；所用的金属框架防止本发明在采空区受地质、动力变化等问题的影响遭到破坏，避免发生误报，提高***的容错率。
(3)本发明的制备方法工艺简单，所用材料绿色环保、无污染，且制备原料来源丰富、成本低，放出的气体容易被测得，很容易得到温度超标的结论。
具体实施方式
下面对本发明作进一步详细说明。
本发明所用到的70型氯化石蜡中氯含量70％，软化点95～120℃，52型氯化石蜡的含氯量50％～54％，常温下是液态，凝固点<-30℃。在实验室条件下进行分组实验，测得不同临界温度时所需的70型氯化石蜡和52型氯化石蜡的配比，具体步骤如下：
实施案例一：
A：分别用精密天平称取52型氯化石蜡3g、70型氯化石蜡9g，并置于①号烧杯中；
B：将①号烧杯置于DF-101S集热式恒温加热磁力搅拌器中缓慢加热至130℃，药品呈液态且混合均匀，然后冷却至常温，制得固态材料；
C：对上述步骤得到的固态材料重新加热，并记录状态数据。
实施案例二：
A：分别用精密天平称取52型氯化石蜡2g，70型氯化石蜡8g，并置于②号烧杯中；其他步骤同案例一。
实施案例三：
A：分别用精密天平称取52型氯化石蜡2g，70型氯化石蜡10g，并置于③号烧杯中；其他步骤同案例一。
实施案例四：
A：分别用精密天平称取52型氯化石蜡2g，70型氯化石蜡12g，并置于④号烧杯中；其他步骤同案例一。
将上述实施案例一至实施案例四4组烧杯中的固态材料重新加热的温度数据记录于表1中，如下：
表1各组材料加热到不同温度的状态
从上表可见，实施案例一制备的囊壁材料软化点为58℃，案例二制备的囊壁材料软化点为65℃，案例三制备的囊壁材料软化点为73℃，案例四制备的囊壁材料软化点为78℃。
具体操作施工时，根据不同的预测温度需求选择对应的组别，例如某矿煤自燃指标气体测试结果显示煤自热发展过程的临界温度为80℃，即需要将温敏材料的相变温度设定在80℃左右，可以按下述步骤操作制得温敏性囊壁材料：
步骤一、按6:1的比例称取70型氯化石蜡和52型氯化石蜡，将其放在一起缓慢加热至130℃熔化为液态的囊壁材料，利用中空吹塑成型技术将熔融状的氯化石蜡做成空心球体状的囊壁，球体直径1.0cm～1.2cm，壁厚0.3mm～0.5mm，在空心球体的顶点中心处预留小孔；
步骤二、先通过仪器连通导管向制作好的空心球体中注入SF6气体，SF6气体充满空心球体内并排净空气，注入过程在4℃和1个标准大气压下进行；再注入0.25mL的工业香精，然后用熔融的囊壁材料通过滴加方式封闭小孔，并检验空心球体的密闭性以确定不漏气；
步骤三、在球体外用金属做一个边长1.2cm的正方体框架，用铁丝网将框架包裹。一方面，金属框架保证不会因为采空区外力造成囊壳的破碎；另一方面，金属框架表面的铁丝网孔不会影响温度的传递以及气体的传出，确保本发明监测的准确可靠。
具体使用时，在工作面推进过程中同步将本发明的温敏性材料撒布于架后采空区浮煤上方即可进行监测，当采空区遗煤出现高温隐患，环境温度达到或超过胶囊囊壁软化的临界值时，囊壁融化破裂，其中的示踪气体SF6和香精的香味散发出来，随风流进入回风巷，在回风巷可采用检测仪实时检测到示踪气体，同时人员在工作面可以闻到香精的气味，确定温度超标，可以及时采取有效措施防止煤自燃的发生，人员也可及时上报反映情况。
Claims (6)
1.一种用于预测采空区煤自燃的温敏性材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一、按3:1～6:1的比例称取70型氯化石蜡和52型氯化石蜡，将其放在一起缓慢加热至130℃熔化为液态的囊壁材料，利用中空吹塑成型技术将熔融状的氯化石蜡做成空心球体状的囊壁，并在空心球体的顶点中心处预留小孔；
步骤二、先通过仪器连通导管向制作好的空心球体中注入SF6气体，充满空心球体内，排净空气，再注入0.25mL的工业香精，然后用熔融的囊壁材料通过滴加方式封闭小孔，并检验空心球体的密闭性以确定不漏气；
步骤三、在球体外用金属做一个边长1.2cm的正方体框架，用铁丝网将框架包裹，避免采空区落石或挤压损坏囊壁，造成误报警。
2.根据权利要求1所述的用于预测采空区煤自燃的温敏性材料的制备方法，其特征在于，所述球体的直径1.0cm～1.2cm，壁厚0.3mm～0.5mm。
3.根据权利要求1所述的用于预测采空区煤自燃的温敏性材料的制备方法，其特征在于，所述步骤二中采用的工业香精为粉末状。
4.根据权利要求1所述的用于预测采空区煤自燃的温敏性材料的制备方法，其特征在于，所述步骤二中向制作好的空心球体中注入SF6气体的过程在4℃和1个标准大气压下进行。
5.一种根据权利要求1-4中任一所述的制备方法制备而成的温敏性材料。
6.一种根据权利要求1-4中任一所述的制备方法制备而成的温敏性材料的应用，其特征在于，在工作面推进过程中同步将温敏性材料撒布于采空区浮煤上方即可进行监测，当采空区遗煤出现高温隐患，环境温度达到或超过胶囊的囊壁软化的临界值时，囊壁融化破裂，其中的示踪气体和香精的香味散发出来，随风流进入回风巷，在回风巷可采用检测仪实时检测到示踪气体，同时人员在工作面可以闻到香精的气味，确定温度超标，可以及时采取有效措施防止煤自燃的发生，人员也可及时上报反映情况。
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