CN113750433A - 一种矿用复合多氛树脂及使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种矿用复合多氛树脂及使用方法，其中，矿用复合多氛树脂包括以下重量份的组分：吸水树脂60‑100份、凝胶剂2‑10份、中性矿物质40‑60份、阻燃剂1‑3份、渗透剂1‑2份、表面活性剂1‑5份。本发明涉及矿用灭火剂技术领域，与现有技术相比的优点在于：可形成泡沫胶体状物质、从而附着至矿体表面进行灭火，并且可对矿体进行填充。

Description

一种矿用复合多氛树脂及使用方法

技术领域

本发明涉及矿用灭火剂技术领域，具体是指一种矿用复合多氛树脂及使用方法。

背景技术

煤矿井下结构复杂、环境多变，由于其工作性质，会有大量煤渣、沼气等物质产生，因此矿井下防火灭火尤为重要。矿井火灾按引火源的不同，矿井火灾分为内因火灾和外因火灾。矿井火灾与煤尘、沼气***的发生常是互为因果关系，是酿成煤矿恶性事故的原因之一。

现有的矿井下用灭火方式很少单纯地使用水进行扑灭，通常采用专用灭火剂进行灭火。其中，现在常用的灭火剂可分为水系灭火剂、泡沫灭火剂、气体灭火剂、干粉灭火剂及金属灭火剂，其中，气体灭火剂多采用卤代烷受热分解的化学反应灭火，效果优良，但是毒性较大、环境污染高，不适用于井下灭火；干粉灭火剂使用范围较小，可采用灭火器的形式进行使用，但对于大规模的地下矿井火灾效果甚微；金属灭火剂多适用于轻金属灭火，并且保存要求较高；水系及泡沫灭火剂成本低、应用范围广，但是也有着致命的缺陷：应用于煤矿井时，在水系或泡沫灭火剂进行喷洒后，由于液体的流动特性，会由重力作用下流，不能对燃烧区进行密闭填充，即使带着矿井表面的煤渣，但是无法应对复燃的情况。

因此为防止瓦斯积聚和煤炭自燃，在灭火过程中必须对采空区、瓦斯钻场，高冒和冒落空隙采取灌浆或充填等措施，如果材料选用不合适，施工质量和管理工作不到位，即可能造成煤层发火或灭火后复燃，造成人员伤亡和经济损失，因此急需一种可实现灭火、阻燃及填充封闭的多用途阻燃灭火剂。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服以上技术缺陷，提供一种灭火效果好、效率高，也能用于充填堵漏安全环保的矿用复合多氛树脂。

另外，本申请还提供一种矿用复合多氛树脂的制备方法及使用方法，以保证上述方法在实际中的实现以及应用。

在本申请第一方面提供了一种矿用复合多氛树脂，包括以下重量份的组分：吸水树脂60-100份、凝胶剂2-10份、中性矿物质40-60份、阻燃剂1-3份、渗透剂1-2份、表面活性剂1-5份；通过以高分子吸水树脂作为基底，搭配使用阻燃剂，使其在充分吸水的过程中可以实现覆盖火源进行灭火，中性矿物质及凝胶剂可快捷地使树脂固化并为其提供一定的粘附力，而表面活性剂及渗透剂则起到帮助吸水树脂吸附降低水的表面张力，使其聚集成为聚集体。

优选地，所述吸水树脂为纤维素系吸水树脂或合成系吸水树脂，且所述吸水树脂为粉状，其中所述纤维素系吸水树脂为纤维素原料通过交联-醚化法制得，具体地，为纤维素、丙烯酸接枝共聚物、羧基纤维素接枝丙烯酸盐或纤维、丙烯酸胺接枝共聚物，所述合成系吸水树脂为聚丙烯类材料通过聚合法制得，可为聚丙烯酸类、聚丙烯酰胺类、聚乙烯醇类或共聚合类等，纤维素系及合成系吸水树脂皆能成熟地大批量生产，成本低廉、性能可靠。

优选地，所述中性矿物质为等量的碳酸钙及二氧化硅的混合物，其中混合物被研磨成粉体，且粉体粒径大于80目；中性矿物不与其他成分发生反应，但是混合在树脂胶体内，可形成微小的聚集颗粒，一方面在阻火时效果较好，另一方面帮助其树脂迅速成型变为胶体。

优选地，所述凝胶剂为粉末状羧甲基纤维素，纤维素经羧甲基化后得到羧甲基纤维素，其水溶液具有增稠、胶体保护的作用，因此少量混合在吸水树脂内，可在遇水使快速保持水分吸锁，使吸水树脂能够接触水分子并进行凝结。

优选地，所述阻燃剂为粉末状的添加型有机阻燃剂或无机阻燃剂，阻燃剂可采用卤系阻燃剂和非卤，或者采用有机类例如：溴系、磷氮系、氮系和红磷，或者化合物类例如三氧化二锑、氢氧化铝或氢氧化铝三水合物、硼酸锌、硅合氧化锑、磷酸三甲酯等，添加型阻燃剂通过机械混合方法加入到吸水树脂中，可使吸水树脂具有阻燃性。

优选地，渗透剂可选用脂肪醇聚氧乙烯醚。

优选地，表面活性剂可采用两性氟表面活性剂与阴离子表面活性剂。

在本申请第二方面提供了矿用复合多氛树脂的制备方法：

S1、将阻燃剂及凝胶剂通过搅拌设备进行充分混合，其中搅拌速率不低于 30r/min，搅拌时间不少于6min；

S2、在S1所制得的混合物中加入吸水树脂、渗透剂及表面活性剂进行搅拌，使其充分混合，其中搅拌速率不低于20r/min，搅拌时间不少于6min，并去除其中结块物；

S3、在S2所制得的混合物内加入中性矿物质进行搅拌，使其充分混合，制得矿用复合多氛树脂粉末。

在本申请第三方面提供了两种矿用复合多氛树脂的使用方法，其第一种包括：

将矿用复合多氛树脂粉末与水按1：10-1：8的比例放入搅拌桶内进行混合，其中搅拌桶内保持密闭，搅拌桶内搅拌速度不低于50r/min，搅拌时间不超过 3min；

通过注浆泵吸引矿用复合多氛树脂粉末与水的混合液，并泵入起泡器，其中起泡器的出泡孔径为0.1-0.5mm；

起泡器将复合多氛树脂粉末与水的混合液与空气混合后形成泡沫，并通过喷头喷出，其中所述喷头的压力大于2Mpa。

其第二种包括：沿矿井的工作面的回风巷处沿走向铺设注浆管、沿倾向在矿井支架后部铺设注浆管、在工作面下隅角至少打两个钻孔，并埋设注浆管；

将矿用复合多氛树脂粉末与水按1:10-1：8的比例进行混合，并通过注浆泵泵入注浆管内，其中当注浆压力大于3MPa暂停注浆。

优选地，所述工作面每推采5-10cm重新打眼并注浆。

本工艺和现有技术相比所具有的优点是：

1.矿用复合多氛树脂由高分子材料、无机聚合物和表面活性剂组成，与水混合形成的高分子材料无毒、无味，对人体及设备等无腐蚀，无污染，经发泡后可形成泡沫状浆液，扩散面积大，能对采空区高中低的区域形成覆盖，避免了一些防灭火材料注浆不到位，扩散半径小、易拉沟的缺陷；

2.该材料具有一定的强度和一定的柔性承压能力，体积不易收缩，并具有失水再生能力，提高了充填区和防火区域的堵漏风能力，用于灭火时形成的泡沫状浆液能迅速扩散，并覆盖在扩散的区域煤层表面，并迅速封堵住煤层裂隙，隔绝氧气或瓦斯，并使高温或着火区域的温度迅速降低，起到很好的防灭火功效。

具体实施方式

以下所述仅为本发明的较佳实施例，并不因此而限定本发明型的保护范围，下面结合实施例对本发明进一步说明。

为便于对本实施例进行理解，接下来以在实际加工过程中本发明所采用的一种矿用复合多氛树脂进行详细介绍。

实施例1：

矿用复合多氛树脂的制备例，具体地，包括以下重量份的组分：吸水树脂，具体为羧甲基纤维素吸水树脂或聚丙烯酸超强吸水树脂，用量7kg；凝胶剂,具体为羧甲基纤维素，用量1kg；中性矿物质,具体为2.5kg的碳酸钙及2.5kg的二氧化硅混合，共5kg，粉体粒径为100目；阻燃剂,具体为QB-PN4无卤阻燃剂，用量0.2kg；渗透剂，具体为脂肪醇聚氧乙烯醚，用量0.1kg；表面活性剂，具体为两性氟表面活性剂，用量0.1kg。

具体地制备步骤为：

S1、将阻燃剂及凝胶剂通过搅拌设备进行充分混合，其中搅拌速30r/min，搅拌时间6min；

S2、在上述混合物中加入吸水树脂、渗透剂及表面活性剂进行搅拌，使其充分混合，搅拌速率为20r/min，搅拌时间为6min，其中结块物通过碾碎重填至搅拌室内搅拌均匀；

S3、在S2所制得的混合物内加入中性矿物质进行搅拌，使其充分混合，制得矿用复合多氛树脂粉末。

上述制备过程的操作条件为0℃以上且50℃以下。

由上述原料及制备过程制得的矿用复合多氛树脂的阻化率与常用工业氯化钙的对比如下表1所示，其中阻化率为物质吸收空气中的水份，在煤的表面形成含泡沫状液膜，阻止了煤与煤层的接触的比率。

表1：矿用复合多氛树脂与氯化钙阻化率对比表

浆液配比	常规工业氯化钙阻化率	矿用复合多氛树脂阻化率
			浓度15％	40％-55％
浓度20％	60％-70％
			浓度8％-10％		95-100％

表2：矿用复合多氛树脂阻化率测试表

温度(℃)	原样(ppm)	阻化样(ppm)	阻化率(％)
				50	28	0	100
150	70	0	100
				250	80	0	100
400	140	0	90
				450	200	0	85
500	400	0	82

与上述方法相对应的，本申请实施例还提供了对应的使用方法。

实施例2：

一种矿用复合多氛树脂的直接喷射法，复合多氛树脂粉末直接保存在搅拌桶内，搅拌桶内连接水源，水源可为储水罐并利用水泵泵入。

在发生火情时，首先通入10倍于复合多氛树脂粉末的水，并使搅拌桶工作，搅拌桶内搅拌速度为50r/min，搅拌时间1min，形成复合多氛树脂混合液；

通过注浆泵吸引矿用复合多氛树脂粉末与水的混合液，并泵入起泡器，起泡器为接嘴起泡器，其中多孔状的起泡板的孔径为0.5mm；

起泡器将复合多氛树脂粉末与水的混合液与空气混合后形成泡沫，并通过喷头喷出。

喷射出的矿用复合多氛树脂为泡沫状，但是由于有凝胶剂、中性矿物质的作用其粘附性较高，当泡沫状的矿用复合多氛树脂接触火源时，会覆盖火源，其中阻燃剂生效扑灭火源，吸水树脂覆盖煤炭，集阻燃、阻氧化、灭火于一体；并且矿用复合多氛树脂泡沫会逐渐凝固，灌注到采空区易于自燃的地点，降低煤的氧化能力，达到最终抑制煤炭氧化自燃的目的。喷洒时，胶体粘附力强、能够侵入煤的层理、节理和细小裂隙中，在煤的表面形成稳定的抗氧化胶体膜，可充分包裹煤炭颗粒、隔绝与氧气的接触，从而大大提高防火功效。

实施例3：

一种矿用复合多氛树脂的灌浆填充法，预先配比矿用复合多氛树脂：水＝10:90的水溶液进行备用；

在距离矿井工作面20-30米上下两巷超前支护以外各安设一台注浆泵，在工作面回风巷沿走向铺设长度为10cm的注浆管，沿倾向在矿井支架后部铺设6cm 的注浆管，并使工作面每推采5cm开始注浆。

在工作面下隅角至少打两个钻孔，埋管深度等于钻孔深度，埋管采用1寸花管；埋管一端通采空区，一端连接胶管。工作面每推采5cm重新打眼注浆。

注浆采用泥浆泵注浆，注浆压力为2MPa，钻孔注浆在预埋管钻孔之间交替进行。其中回风巷每天注浆量参照以下公式确定：

Q＝KMLHC

其中，Q-注浆量，M-煤层采高米-2.2米，L-注浆区走向长度米—2米，H-注浆区倾斜长度米—20米，C-采煤回收率％-93％，K-注浆系数0.12。

采用上述注浆的方式填充矿井工作面，可使矿用复合多氛树脂附着在矿井火情高危地点，不仅能够形成填充料，填充破碎的煤渣层，而且能够在出现火情时通过注水，实现矿用复合多氛树脂膨胀，从而阻断火情。

以上对发明及其实施方式进行了描述，这种描述没有限制性，上述实施例中所示的也只是本发明的实施方式之一。总而言之，如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。

Claims (11)

1.一种矿用复合多氛树脂，其特征在于，包括以下重量份的组分：吸水树脂60-100份、凝胶剂2-10份、中性矿物质40-60份、阻燃剂1-3份、渗透剂1-2份、表面活性剂1-5份。

2.根据权利要求1所述的一种矿用复合多氛树脂，其特征在于：所述吸水树脂为纤维素系吸水树脂或合成系吸水树脂，且所述吸水树脂为粉状。

3.根据权利要求1所述的一种矿用复合多氛树脂，其特征在于：所述中性矿物质为等量的碳酸钙及二氧化硅的混合物，其中混合物被研磨成粉体，且粉体粒径大于80目。

4.根据权利要求1所述的一种矿用复合多氛树脂，其特征在于：所述凝胶剂为粉末状羧甲基纤维素。

5.根据权利要求1所述的一种矿用复合多氛树脂，其特征在于：所述阻燃剂为粉末状的添加型有机阻燃剂或无机阻燃剂。

6.根据权利要求1所述的一种矿用复合多氛树脂，其特征在于：所述渗透剂为粉末状。

7.根据权利要求1所述的一种矿用复合多氛树脂，其特征在于：所述表面活性剂为膏状或粉状。

8.一种基于权利要求1-5任一项所述的矿用复合多氛树脂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、将阻燃剂及凝胶剂通过搅拌设备进行充分混合，其中搅拌速率不低于30r/min，搅拌时间不少于6min；

S2、在S1所制得的混合物中加入吸水树脂、渗透剂及表面活性剂进行搅拌，使其充分混合，其中搅拌速率不低于20r/min，搅拌时间不少于6min，并去除其中结块物；

S3、在S2所制得的混合物内加入中性矿物质进行搅拌，使其充分混合，制得矿用复合多氛树脂粉末。

9.一种基于权利要求1-5任一项所述的矿用复合多氛树脂的使用方法，其特征在于，包括以下步骤：

将矿用复合多氛树脂与水按1：10-1：8的比例放入搅拌桶内进行混合，其中搅拌桶内保持密闭，搅拌桶内搅拌速度不低于50r/min，搅拌时间不超过3min；

通过注浆泵吸引矿用复合多氛树脂与水的混合液，并泵入起泡器，其中起泡器的出泡孔径为0.1-0.5mm；

起泡器将复合多氛树脂粉末与水的混合液与空气混合后形成泡沫，并通过喷头喷出，其中所述喷头的压力大于2Mpa。

10.一种基于权利要求1-7任一项所述的矿用复合多氛树脂的使用方法，其特征在于，包括以下步骤：

沿矿井的工作面的回风巷处沿走向铺设注浆管、沿倾向在矿井支架后部铺设注浆管、在工作面下隅角至少打两个钻孔，并埋设注浆管；

将矿用复合多氛树脂粉末与水按1:10-1：8的比例进行混合，并通过注浆泵泵入注浆管内，其中当注浆压力大于3MPa暂停注浆。

11.根据权利要求8所述的一种矿用复合多氛树脂的使用方法，其特征在于：

所述工作面每推采5-10cm重新打眼并注浆。