一种二氧化碳致裂发热材料及其制备方法和应用

技术领域

本发明涉及爆破技术领域，尤其涉及一种二氧化碳致裂发热材料及其制备方法和应用。

背景技术

在当今煤炭开采中，使用的落煤岩方法除综采、综掘设备外，还用炸药和雷管落煤岩，在用炸药和雷管爆破落煤时，产生高温和火焰，对煤矿生产产生极大的安全危险，给生命和财产带来极大的威胁，尤其是在采空去顶部和采空区工作面处理放顶煤，顶板不冒落或老顶不冒、悬顶面积过大，产生的安全生产威胁是极其可怕的，尤其是诱发瓦斯事故。

现有技术中使用的二氧化碳致裂发热配方使用高氯酸盐，如中国专利CN105130721A和CN106631645A，存在不安全的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种二氧化碳致裂发热材料及其制备方法和应用。本发明提供的二氧化碳致裂发热材料安全。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

本发明提供了一种二氧化碳致裂发热材料，具体为以下质量份数的组分：

草酸10～20份，高锰酸钾40～60份，铝粉1～3份，硝酸铵15～20份，灰粉4～10份，聚氨酯3～6份，偶氮二甲酰胺4～8份和酚醛树脂2～6份。

优选地，所述的二氧化碳致裂发热材料具体为以下质量份数的组分：

草酸15份，高锰酸钾10份，铝粉1份，硝酸铵18份，灰粉6份，聚氨酯3份，偶氮二甲酰胺4份和酚醛树脂3份。

优选地，所述铝粉的粒径为80μm。

优选地，所述灰粉的粒径为80μm。

本发明还提供了上述技术方案所述的二氧化碳致裂发热材料的制备方法，包括以下步骤：

将草酸、高锰酸钾、铝粉、硝酸铵、灰粉、聚氨酯、偶氮二甲酰胺和酚醛树脂混合，得到所述二氧化碳致裂发热材料。

本发明还提供了上述技术方案所述的二氧化碳致裂发热材料或上述技术方案所述的制备方法制备得到的二氧化碳致裂发热材料在二氧化碳致裂器中的应用。

本发明提供了一种二氧化碳致裂发热材料，具体为以下质量份数的组分：

草酸10～20份，高锰酸钾40～60份，铝粉1～3份，硝酸铵15～20份，灰粉4～10份，聚氨酯3～6份，偶氮二甲酰胺4～8份和酚醛树脂2～6份。

本发明的二氧化碳致裂发热材料中不含有高氯酸盐，是一种安全高效、降低劳动强度、无明火、无冲击波、无烟雾、无有害气体的二氧化碳致裂发热配方，且二氧化碳致裂发热效果好。

附图说明

图1为补3到补6孔、1/16、14/16致裂孔增透致裂后日抽采纯量变化图；

图2为15号井场各井孔二氧化碳致裂前后日抽采纯量变化图；

图3为16号井场各井孔二氧化碳致裂前后日抽采纯量变化图；

图4为1号孔不同位置二氧化碳致裂前后用窥孔仪拍的钻孔的照片。

具体实施方式

本发明提供了一种二氧化碳致裂发热材料，具体为以下质量份数的组分：

草酸10～20份，高锰酸钾40～60份，铝粉1～3份，硝酸铵15～20份，灰粉4～10份，聚氨酯3～6份，偶氮二甲酰胺4～8份和酚醛树脂2～6份。

在本发明中，所述的二氧化碳致裂发热材料优选具体为以下质量份数的组分：

草酸15份，高锰酸钾10份，铝粉1份，硝酸铵18份，灰粉6份，聚氨酯3份，偶氮二甲酰胺4份和酚醛树脂3份。

在本发明中，所述铝粉的粒径优选为80μm。

在本发明中，所述灰粉的粒径优选为80μm。

在本发明中，高锰酸钾为强氧化剂，铝粉为反应发热，硝酸铵为氧化剂，偶氮二甲酰胺为催化剂，聚氨酯为树脂胶粘剂，灰粉为充填剂。

本发明还提供了上述技术方案所述的二氧化碳致裂发热材料的制备方法，包括以下步骤：

将草酸、高锰酸钾、铝粉、硝酸铵、灰粉、聚氨酯、偶氮二甲酰胺和酚醛树脂混合，得到所述二氧化碳致裂发热材料。

本发明还提供了上述技术方案所述的二氧化碳致裂发热材料或上述技术方案所述的制备方法制备得到的二氧化碳致裂发热材料在二氧化碳致裂器中的应用。

本发明对所述应用的具体方式没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的方式即可。

为了进一步说明本发明，下面结合实例对本发明提供的二氧化碳致裂发热材料及其制备方法和应用进行详细地描述，但不能将它们理解为对本发明保护范围的限定。

实施例1

二氧化碳致裂发热材料优选具体为以下质量份数的组分：草酸15份，高锰酸钾10份，铝粉1份(80μm)，硝酸铵18份，灰粉6份(80μm)，聚氨酯3份，偶氮二甲酰胺4份和酚醛树脂3份。

实施例2

二氧化碳致裂发热材料优选具体为以下质量份数的组分：草酸10份，高锰酸钾40份，铝粉1份(80μm)，硝酸铵15份，灰粉4份(80μm)，聚氨酯3份，偶氮二甲酰胺4份和酚醛树脂2份。

实施例3

二氧化碳致裂发热材料优选具体为以下质量份数的组分：草酸20份，高锰酸钾60份，铝粉3份(80μm)，硝酸铵20份，灰粉10份(80μm)，聚氨酯6份，偶氮二甲酰胺8份和酚醛树脂6份。

实施例1～3中二氧化碳致裂发热材料的制备方法：

将草酸、高锰酸钾、铝粉、硝酸铵、灰粉、聚氨酯、偶氮二甲酰胺和酚醛树脂混合，得到二氧化碳致裂发热材料。

实施例1～3中二氧化碳致裂发热材料的应用

爆破方法：将二氧化碳致裂发热材料加入到二氧化碳致裂器中，并将二氧化碳致裂器送入炮孔，其中二氧化碳致裂发热材料与液态二氧化碳的重量比例为0.08：100，管内的液态二氧化碳在通电加热条件下汽化形成高压气体爆破。

性能测试

爆破时间：即为起爆至爆破结束所需要的时间(单位ms，毫秒)。

噪音检测：距离爆破地点100米处，采用噪音分贝器测试噪音情况。其中1级为30分贝以下；2级为30～40分贝；3级为40～50分贝；4级为50～60分贝；5级为60分贝以上。

粉尘等级：采用GB/T58172009粉尘作业场所危害程度分级，粉尘作业场所危害程度共分为0级(达标)，1级(超标)，2级(严重超标)3个级别。

破壁面的平整度：爆破专业人员主观对岩石破壁面的平整度进行评价，根据爆破面是否与钻孔方向一致，爆破面是否凹凸不平，存在较多碎石等情况对爆破面的平整度进行1～4分级，其中1级爆破面最为平整，4级最为不平整，用窥孔仪观察得到。

测试结果见表1。从表1可以明显的看出，本发明中的二氧化碳致裂发热材料在很少使用量的前提下，能够将大量的液态二氧化碳瞬间汽化膨胀，进行快速的爆破，整个爆破时间很短，几乎瞬间爆破，而且由于其中的爆破能较高，能够沿着预设的方向进行爆破，岩石破壁面平整，避免出现往预料之外的方向爆破而造成的安全隐患。同时，由于较高的爆破能，使得整个爆破过程瞬间进行，减少碎石粉尘等的飞扬，减少噪音。爆破方法，使用简便，施工操作无特殊要求，爆破时，无火焰、温度低。

表1实施例1～3的性能测试结果

具体应用，使用实施例1中的二氧化碳致裂发热材料。

白芨沟煤矿010206区域，在南翼边界金凤上山16#与15#钻场之间，增设一个二氧化碳致裂增透钻场，二氧化碳致裂增透钻孔设计参数见表2。

表2二氧化碳致裂增透钻孔设计参数

二氧化碳致裂增透试验的具体实施情况

1.二氧化碳致裂器的型号：WJZL—150/53

2.长度1500mm

3.单个致裂器装液体二氧化碳重量0.8Kg

4.二氧化碳致裂器释放口出口压力260Mpa

二氧化碳致裂增透试验的具体时间

1. 2021年5月20日致裂补3孔、补4孔、补5孔

2. 2021年5月21日致裂补6孔

16#钻场1#孔(孔径113mm)

16#钻场14#孔(孔径113mm)

说明：16#钻场1#孔和16#钻场的14#孔为后来要试验的孔。

二氧化碳致裂增透孔孔终与被影响孔孔终间距(m)见表3。从表3看出，16#钻场的影响间距变化在7～27m；15#钻场的压裂影响间距变化在7～27m。

表3二氧化碳致裂增透孔孔终与被影响孔孔终间距(m)

二氧化碳致裂增透孔与被影响钻孔及集气管二氧化碳日抽采量(M3)检测数据。

图1为补3到补6孔、1/16、14/16致裂孔增透致裂后日抽采纯量变化图，可知，多数孔在CO

图2为15号井场各井孔二氧化碳致裂前后日抽采纯量变化图，可知，15号井场所有井孔在致裂前的4月中旬后大幅度提高，9号孔最高日抽采流量接近1400m

图3为16号井场各井孔二氧化碳致裂前后日抽采纯量变化图，可知，16号井场钻孔抽采效果最好。在CO

图4为1号孔不同位置二氧化碳致裂前后用窥孔仪拍的钻孔的照片。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，并非对本发明作任何形式上的限制。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。