CN110256033B - 用于采空区煤自燃防治的高孔隙度泡沫体及其制备方法 - Google Patents

用于采空区煤自燃防治的高孔隙度泡沫体及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于采空区煤自燃防治的高孔隙度泡沫体及其制备方法，属于温室气体减排与煤矿安全生产技术领域。按照重量份数计其包括原料：碱性材料30～70份，所述的碱性材料为电石渣、窑灰、水泥粉尘或几种的组合；增强剂10～30份，所述的增强剂为粉煤灰、高炉渣或二者的组合；稳泡剂1～5份，所述的稳泡剂为硅树脂聚醚乳液；固化剂1～3份，所述的固化剂由铝酸钠与无水石膏组成；发泡剂15～28份，所述的发泡剂由双氧水与双氧水激活剂组成。本发明能够实现碱性废料的发泡，以泡沫为载体将工业碱性废料大流量输送到采空区，并在采空区大空间内实现三维立体分布；充分利用了高产量的工业碱性废料，有利于保护环境。

Description

用于采空区煤自燃防治的高孔隙度泡沫体及其制备方法
技术领域
本发明涉及温室气体减排与煤矿安全生产技术领域，具体涉及一种用于采空区煤自燃防治、充填加固与碳留存的高孔隙度泡沫体及其制备方法。
背景技术
低能耗、低污染、低排放为基础的经济模式已成为当今世界经济发展的主要特征和趋势。中国是以煤炭为主要能源的国家，约有50％的CO2来自煤基发电，因此研究和应用CCS技术对实现我国CO2减排有十分重要的意义。
煤炭开采后形成的采空区，特别是深井老采空区具有良好的CO2吸附性和气密性。我国现有约7000家煤矿，有CO2封存的巨大潜力，为低成本CO2地下封存提供了重要途径。同时，井下采空区遗煤自然发火严重，易造成重特大灾害事故。向采空区灌注堵漏材料，封堵漏风通道，是有效的防火防爆方法。电石渣、窑灰、水泥粉尘等是我国年产量巨大(均大于1000万吨/年)的工业碱性废料，不仅占用宝贵的土地资源，而且对土壤、水体、人类健康造成严重危害。这些碱性废料的主成分均是CaO或者Ca(OH)2等碱性物质，具有巨大的吸收CO2以大幅度减排的潜能。煤体开采后形成采空区，容易导致地表陷落。碱性材料注入采空区后随着力学性能的演变，也能起到充填加固、防止地表陷落的效果。
基于采空区对灌注防灭火材料、充填加固材料的实际需求、以及高产量碱性废料对CO2的巨大的封存减排的潜能，有必要基于工业碱性废料，研发既能留存CO2又能防治灾害的新型材料，形成深井地下空间CO2封存减排与灾害防治一体化方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于采空区煤自燃防治的高孔隙度泡沫体及其制备方法，其成本低、环境友好、能在煤矿井下采空区吸收大量CO2。
本发明的任务之一在于提供一种用于采空区煤自燃防治的高孔隙度泡沫体，其采用了如下技术解决方案：
一种用于采空区煤自燃防治的泡沫体，按照重量份数计其包括以下原料：
碱性材料30～70份，所述的碱性材料为电石渣、窑灰、水泥粉尘中的一种或几种的组合；
增强剂10～30份，所述的增强剂为粉煤灰、高炉渣中的一种或二者的组合；
稳泡剂1～5份，所述的稳泡剂为硅树脂聚醚乳液；
固化剂1～3份，所述的固化剂由铝酸钠与无水石膏组成；
发泡剂15～28份，所述的发泡剂由双氧水与双氧水激活剂组成；
表面活性剂2～8份，所述的表面活性剂由十二烷基硫酸钠与α-烯基磺酸钠组成。
作为本发明的一个优选方案，铝酸钠与无水石膏重量配比为3:1；上述的双氧水为重量份数为15～25份的质量分数为30％的工业双氧水，上述的双氧水激活剂的重量份数为0.5～3份。
作为本发明的另一个优选方案，上述的十二烷基硫酸钠与α-烯基磺酸钠的重量配比为1:1。
本发明的另一任务在于提供一种用于采空区煤自燃防治的泡沫体的制备方法，依次包括以下步骤：
a、将碱性材料、增强剂、固化剂以及发泡剂加入搅拌罐，搅拌形成碱料粉剂；
b、向步骤a所述的碱料粉剂中依次加入水、稳泡剂及表面活性剂，搅拌形成碱性泡沫浆体；
c、向步骤b所得的碱性泡沫浆体中加入双氧水，搅拌均匀，并用注浆泵连续输送到采空区，碱性泡沫浆体会在双氧水的作用下进行二次发泡，待其固化后在采空区形成高孔隙度的泡沫；
d、向采空区输送CO2，CO2被泡沫吸收，实现采空区对CO2的大量矿化留存，同时实现防火防爆与充填加固。
进一步的，步骤d中，通过预埋管路或打钻孔的方式向采空区输送CO2。
与现有技术相比，本发明带来了以下有益技术效果：
(1)本发明提供的采高孔隙度泡沫体的制备方法，充分利用了高产量的工业碱性废料，有利于保护环境；
(2)本发明提供的高孔隙度泡沫体的制备方法，能够实现碱性废料的发泡，以泡沫为载体将工业碱性废料大流量输送到采空区，并在采空区大空间内实现三维立体分布；
(3)本发明提供的高孔隙度泡沫体的制备方法，碱性废料在表面活性剂和搅拌的作用下夹带大量空气形成泡沫浆体，输送至采空区后，双氧水的分解会引发泡沫浆体的二次成泡，进一步促进泡沫浆体的高孔隙率化、高比表面积化，避免了CO2只能在泡沫浆体表面被吸收而无法进入泡沫浆体内部的问题，为CO2的吸附提供了巨大的吸附反应位点，有利于实现碱性废料的高效利用；
(4)本发明提供的高孔隙度泡沫体的制备方法，采空区的遗煤表面覆盖泡沫浆体后，阻碍了煤氧接触，抑制了煤的自燃，能够防火防爆，有利于保障矿井的安全生产；
(5)本发明提供的高孔隙度泡沫体的制备方法，采空区形成的高孔隙度泡沫浆体拥有众多相互贯穿的致密孔道结构，为后期注入的CO2的矿化提供了足够的反应位点，实现了CO2长期大量的封存。
具体实施方式
本发明提出了一种用于采空区煤自燃防治的高孔隙度泡沫体及其制备方法，为了使本发明的优点、技术方案更加清楚、明确，下面结合具体实施例对本发明做详细说明。
本发明所选原料均可通过商业渠道购买获得。
实施例1：
原料及重量份数为：
电石渣30份、粉煤灰30份、硅树脂聚醚乳液5份、固化剂3份、发泡剂28份、表面活性剂4份。
制备方法为：
第一步、将电石渣、粉煤灰、固化剂以及发泡剂加入搅拌罐，搅拌形成碱料粉剂；
第二步、向第一步的碱料粉剂中依次加入水、稳泡剂及表面活性剂，搅拌形成碱性泡沫浆体；
第三步、向第二步所得的碱性泡沫浆体中加入双氧水，搅拌均匀，并用注浆泵连续输送到采空区，碱性泡沫浆体会在双氧水的作用下进行二次发泡，待其固化后在采空区形成高孔隙度的泡沫；
第四步、向采空区输送CO2，CO2被泡沫吸收，实现采空区对CO2的大量矿化留存，同时实现防火防爆与充填加固。
实施例2：
原料及重量份数为：
窑灰70份、高炉渣10份、硅树脂聚醚乳液1份、固化剂1份、发泡剂15份、表面活性剂3份。
制备方法同实施例1。
实施例3：
原料及重量份数为：
水泥粉尘65份、高炉渣10份、硅树脂聚醚乳液1份、固化剂1份、发泡剂15份、表面活性剂8份。
制备方法同实施例1。
实施例4：
原料及重量份数为：
水泥粉尘和电石渣总共50份、高炉渣20份、硅树脂聚醚乳液1份、固化剂1份、发泡剂25份、表面活性剂3份。
制备方法同实施例1。
实施例5：
原料及重量份数为：
电石渣60份、高炉渣和粉煤灰总共15份、硅树脂聚醚乳液3份、固化剂3份、发泡剂15份、表面活性剂4份。
制备方法同实施例1。
本发明未述及的部分借鉴现有技术即可实现，本领域技术人员在本发明的启示下显而易见的得出的组合方式均在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种用于采空区煤自燃防治的泡沫体的制备方法，其特征在于，用于采空区煤自燃防治的泡沫体按照重量份数计其包括以下原料：
碱性材料30～70份，所述的碱性材料为电石渣、窑灰、水泥粉尘或几种的组合；
增强剂10～30份，所述的增强剂为粉煤灰、高炉渣或二者的组合；
稳泡剂1～5份，所述的稳泡剂为硅树脂聚醚乳液；
固化剂1～3份，所述的固化剂由铝酸钠与无水石膏组成；
发泡剂15～28份，所述的发泡剂由双氧水与双氧水激活剂组成；
表面活性剂2～8份，所述的表面活性剂由十二烷基硫酸钠与α-烯基磺酸钠组成；
所述的用于采空区煤自燃防治的泡沫体的制备方法，依次包括以下步骤：
a、将碱性材料、增强剂、固化剂以及发泡剂加入搅拌罐，搅拌形成碱料粉剂；
b、向步骤a所述的碱料粉剂中依次加入水、稳泡剂及表面活性剂，搅拌形成碱性泡沫浆体；
c、向步骤b所得的碱性泡沫浆体中加入双氧水，搅拌均匀，并用注浆泵连续输送到采空区，碱性泡沫浆体会在双氧水的作用下进行二次发泡，待其固化后在采空区形成高孔隙度的泡沫；
d、向采空区输送CO2，CO2被泡沫吸收，实现采空区对CO2的大量矿化留存，同时实现防火防爆与充填加固。
2.根据权利要求1所述的一种用于采空区煤自燃防治的泡沫体的制备方法，其特征在于：铝酸钠与无水石膏重量配比为3:1；所述的双氧水为重量份数为15～25份的质量分数为30％的工业双氧水，所述的双氧水激活剂的重量份数为0.5～3份。
3.根据权利要求2所述的一种用于采空区煤自燃防治的泡沫体的制备方法，其特征在于：所述的十二烷基硫酸钠与α-烯基磺酸钠的重量配比为1:1。
4.根据权利要求1所述的用于采空区煤自燃防治的泡沫体的制备方法，其特征在于：步骤d中，通过预埋管路或打钻孔的方式向采空区输送CO2。
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