一种煤矸石基惰性气体发泡复合防灭火材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及防灭火材料技术领域，具体涉及一种煤矸石基惰性气体发泡复合防灭火材料及其制备方法。

背景技术

在煤矿开采或煤炭洗选的过程中会产生大量的煤矸石，目前最常用的处理方式是将煤矸石作为固体废物运往排矸场进行堆放。但随着开采量的逐年增加，煤矸石排放量也随之增加，倘若处置不当会严重阻碍煤矿的发展，严重时制约煤矿的正常生产，因此，开展煤矸石的资源化利用具有十分重要的意义。

煤矸石堆场自燃以及煤矿火灾也是煤矿安全生产过程中常见的灾害，这不仅会导致煤炭资源的严重浪费，还会对人员生命安全以及经济发展造成严重影响。其中，煤矿火灾一般是指在采掘作业过程中产生的火灾，主要包括采空区自燃发火、煤体自燃、瓦斯爆炸引起的矿井火灾等几种类型，而不同类型的矿井发生火灾使用的防灭火材料也不同。从防治煤自燃机理来看，防灭火材料的工作机理主要包括两种途径：一是利用隔氧、冷却等手段防止煤的氧化自燃，如填注浆液、惰气、胶体、泡沫、盐类阻化剂等材料，这些材料不发生或只发生少量化学反应，主要表现为物理阻隔作用；二是通过化学方法消耗煤中活性结构，这种破坏不可逆，具有较长的阻化衰退期，常用的有抗氧化剂、离子液体、硫酸钠等。然而，相较于化学方法灭火材料，以物理阻隔作用为主的矿井防灭火材料的工艺简单且成本低廉，但其普遍存在防灭火性能相对较弱以及容易出现跑浆、溃浆等问题。

发明内容

因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有物理阻隔作用灭火材料的防灭火性能弱以及容易出现跑浆、溃浆的缺陷，从而提供解决上述问题的一种煤矸石基惰性气体发泡复合防灭火材料及其制备方法。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种煤矸石基惰性气体发泡复合防灭火材料，原料以重量份计包括：煤矸石10-15份，粉煤灰10-15份，水泥8-10份，粘土5-10份，稳泡剂0.3-0.6份，惰性气体泡沫50-80份，水50-60份。

优选的，原料以重量份计包括：煤矸石12-14份，粉煤灰12-14份，水泥8-9份，粘土6-8份，稳泡剂0.4-0.5份，惰性气体泡沫60-70份，水55-60份。

优选的，所述粘土为沉积型高岭土；

和/或，所述稳泡剂为聚丙烯酰胺。

优选的，所述惰性气体泡沫为氮气泡沫。

本发明还提供一种上述的煤矸石基惰性气体发泡复合防灭火材料的制备方法，包括：

获取煤矸石、粘土和粉煤灰粉末，将其与水进行混合处理获取混合料浆；向混合料浆中加入水泥进行混合处理得到防灭火材料浆体；将防灭火材料浆体与惰性气体泡沫混匀即得煤矸石基惰性气体发泡复合防灭火材料。

优选的，所述煤矸石、粘土和粉煤灰粉末的获取过程为：对煤矸石、粘土和粉煤灰进行破碎、研磨、筛分处理；其中，所述筛分处理后的煤矸石和粘土粉末粒径≤75μm；所述筛分处理后的粉煤灰粉末粒径≤45μm。

优选的，所述煤矸石、粘土、粉煤灰粉末与水进行混合处理时的转速为50-100r/min，时长为5-10min。

优选的，所述混合料浆与水泥进行混合处理时的转速为50-180r/min，时长为5-10min。

优选的，所述惰性气体泡沫的获取过程为：将发泡剂与氮气储存装置进行连接，在密闭环境中利用氮气将发泡剂进行发泡处理得到。

优选的，所述发泡剂为月桂酸、脂肪醇、松香皂中的至少一种；

和/或，所述发泡处理中进行搅拌处理。

在本发明中，所述煤矸石为选煤厂洗选过程中分选出的低热值煤矸石；

所述粉煤灰为市售或燃煤电厂生产的粉煤灰。

本发明技术方案，具有如下优点：

1.一种煤矸石基惰性气体发泡复合防灭火材料，原料以重量份计包括：煤矸石10-15份，粉煤灰10-15份，水泥8-10份，粘土5-10份，稳泡剂0.3-0.6份，惰性气体泡沫50-80份，水50-60份。本发明的煤矸石基惰性气体发泡复合防灭火材料在注浆通入煤矸石堆自燃区域后，包覆到自燃煤矸石区域表面，其中含有的水分可以使自燃煤矸石区域内部和表面的温度显著降低；与此同时，经惰性气体发泡后的灭火材料产生大量细密的泡沫，能够牢牢附着在自燃区域表面，防止自燃区域与空气中的氧气接触，引发二次自燃；防灭火材料中含有的粘土可以显著增强灭火材料的耐高温性与流动性，同时结合各物质配比控制，使制得的防灭火材料的灭火性能以及阻隔作用得到显著提升，而且无跑浆、溃浆现象。

另外，本发明还解决了煤矸石与粉煤灰的堆存问题，而且作为注浆灭火材料对煤矸石山的自燃起到了较好的灭火效果，同时也实现了煤矿固体废弃物变废为宝利用，对煤矸石与粉煤灰的资源化利用具有重要意义。

2.在本发明的一种煤矸石基惰性气体发泡复合防灭火材料中，粉煤灰选至燃煤电厂，粉煤灰经高温煅烧(约1450℃左右)，具有较强的火山灰活性，能够显著增强防灭火注浆材料的强度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例3与对比例1的防灭火材料的流变曲线图。

具体实施方式

提供下述实施例是为了更好地进一步理解本发明，并不局限于所述最佳实施方式，不对本发明的内容和保护范围构成限制，任何人在本发明的启示下或是将本发明与其他现有技术的特征进行组合而得出的任何与本发明相同或相近似的产品，均落在本发明的保护范围之内。

实施例中未注明具体实验步骤或条件者，按照本领域内的文献所描述的常规实验步骤的操作或条件即可进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市购获得的常规试剂产品。

实施例1

本实施例提供一种煤矸石基惰性气体发泡复合防灭火材料的制备方法，包括以下步骤：

1)在发泡机的机器口连接氮气储存装置，并且在密闭环境中利用氮气在充分搅拌的前提下，将月桂酸充分的发泡，形成氮气泡沫；

2)分别称取煤矸石10重量份、粉煤灰10重量份、水泥8重量份、沉积型高岭土5重量份、聚丙烯酰胺0.3重量份、氮气泡沫50重量份、水50重量份，先对煤矸石、粘土与粉煤灰进行破碎、研磨处理，将得到的三种固体粉末分别用电磁振动筛筛分，选取粒径≤75μm的煤矸石与粘土粉末，选取粒径≤45μm的粉煤灰粉末，将三种固体粉末与水混合并以80r/min的转速搅拌7min后得到混合料浆；

3)向步骤2)中的混合料浆中加入水泥并以150r/min的转速搅拌8min后得到防灭火材料浆体；

4)将步骤3)中的防灭火材料浆体与步骤1)中的氮气泡沫混匀即得煤矸石基惰性气体发泡复合防灭火材料，本实施例制得的煤矸石基惰性气体发泡复合防灭火材料无跑浆、溃浆现象发生。

实施例2

本实施例提供一种煤矸石基惰性气体发泡复合防灭火材料的制备方法，包括以下步骤：

1)在发泡机的机器口连接氮气储存装置，并且在密闭环境中利用氮气在充分搅拌的前提下，将脂肪醇充分的发泡，形成氮气泡沫；

2)分别称取煤矸石15重量份、粉煤灰15重量份、水泥10重量份、沉积型高岭土10重量份、聚丙烯酰胺0.6重量份、氮气泡沫80重量份、水60重量份，先对煤矸石、粘土与粉煤灰进行破碎、研磨处理，将得到的三种固体粉末分别用电磁振动筛筛分，选取粒径≤75μm的煤矸石与粘土粉末，选取粒径≤45μm的粉煤灰粉末，将三种固体粉末与水混合并以50r/min的转速搅拌10min后得到混合料浆；

3)向步骤2)中的混合料浆中加入水泥并以50r/min的转速搅拌10min后得到防灭火材料浆体；

4)将步骤3)中的防灭火材料浆体与步骤1)中的氮气泡沫混匀即得煤矸石基惰性气体发泡复合防灭火材料，本实施例制得的煤矸石基惰性气体发泡复合防灭火材料无跑浆、溃浆现象发生。

实施例3

本实施例提供一种煤矸石基惰性气体发泡复合防灭火材料的制备方法，包括以下步骤：

1)在发泡机的机器口连接氮气储存装置，并且在密闭环境中利用氮气在充分搅拌的前提下，将松香皂充分的发泡，形成氮气泡沫；

2)分别称取煤矸石13重量份、粉煤灰13重量份、水泥8重量份、沉积型高岭土7重量份、聚丙烯酰胺0.45重量份、氮气泡沫65重量份、水55重量份，先对煤矸石、粘土与粉煤灰进行破碎、研磨处理，将得到的三种固体粉末分别用电磁振动筛筛分，选取粒径≤75μm的煤矸石与粘土粉末，选取粒径≤45μm的粉煤灰粉末，将三种固体粉末与水混合并以100r/min的转速搅拌5min后得到混合料浆；

3)向步骤2)中的混合料浆中加入水泥并以180r/min的转速搅拌10min后得到防灭火材料浆体；

4)将步骤3)中的防灭火材料浆体与步骤1)中的氮气泡沫混匀即得煤矸石基惰性气体发泡复合防灭火材料，本实施例制得的煤矸石基惰性气体发泡复合防灭火材料无跑浆、溃浆现象发生，防灭火材料的流变曲线如图1所示。

对比例1

本对比例于实施例3的区别在于，不添加沉积型高岭土，其他条件与实施例3相同，本对比例制得的煤矸石基惰性气体发泡复合防灭火材料存在跑浆、溃浆现象，防灭火材料的流变曲线如图1所示。

测试例1

采用注浆法将实施例1-3以及对比例1中得到的防灭火材料注入到自燃的矸石山中，并采用钻孔测温的方法对比注浆前后的矸石山不同深度的温度变化情况，对矸石山进行检测，检测结果见表1。

表1

根据本发明实施例1-3以及对比例1制得的煤矸石基惰性气体发泡复合防灭火材料的测试结果可知，本发明的煤矸石基惰性气体发泡复合防灭火材料的灭火性能以及阻隔作用得到显著提升。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。