[发明专利]一种防治煤炭矿井煤自燃的复合凝胶阻化剂及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及防治煤炭矿井煤自燃的阻化剂及其制备方法，特别涉及防治煤炭矿井煤自燃的聚合物-无机复合组成的阻化剂及其制备方法。 

背景技术

煤炭自燃又称煤炭自然发火，是指在没有外来热源的情况下，由于煤炭自身氧化积热，使煤的温度升高而发生的燃烧现象。煤炭自燃不仅烧毁了宝贵的资源，产生大量的CO、CO₂和SO₂等有毒有害气体，污染环境，危害人的健康和生命，还能诱发瓦斯、煤尘爆炸事故，造成重大的经济损失等。 

防止煤炭自燃，除了进行合理有效的开采技术外，还有预防性灌浆防火技术、惰性气体防灭火技术、阻化剂防火技术等。其中阻化剂防火技术是将无机盐类、凝胶类及高分子胶体化合物的溶液喷洒在煤体上，起到隔阻氧化，防止煤层自燃的作用。阻化剂技术工艺简单、适用范围广、经济有效，受到煤炭工业发达国家的煤矿工作者和有关学者的关注。专利ZL00110855.7报导了一种防止煤炭自燃的凝胶阻化剂，主要是以硅酸钠为基料，以氢氧化钙、粘土和氯化镁为促凝剂制备的阻化剂，该阻化剂解决了氨类促凝剂使用时释放出强烈刺激性氨气的缺点；专利ZL200610095318.8报导了一种化学阻化剂，主要由表面活性剂、高分子吸水树脂和氧化剂组成，其中的核心成分是高氯酸盐、高锰酸盐、过氧化物等氧化剂，其作用是使煤体中的不同活性结构和基团被氧化，失去氧化性，从而降低煤的自燃倾向性。专利申请200710151806.0报导了一种防止煤炭自燃的聚乙烯醇环保高分子阻化剂，主要由聚乙烯醇、增塑剂、增强剂、渗透剂组成，该阻化剂渗透性强，成膜好，表现出优良的阻化性能；专利申请200710151231.2报导的环保型化学阻化剂主要成分为过氧化尿素(或 者是过碳酸钠)、磷氮型阻燃剂及渗透剂、薄荷油(或者是按叶油)，但其阻燃剂及渗透剂的具体成分并没有说明。专利申请200810012585.3报导了一种预防煤炭自燃的阻化剂，主要由氯化镁、四硼酸钠、葡萄糖酸钠和十二烷基硫酸钠组成，能有效预防矿井自燃火灾的发生。 

综上所述，现有技术中所使用的阻化剂主要有水玻璃及无机盐类阻化剂、高吸水树脂及有机聚合物阻化剂，另外再添加一些氧化剂或者阻燃剂等组成。这些技术均在不同程度达到了预防煤炭自然的效果，但也存在以下不足： 

1)无机盐类阻化剂在固态的煤体表面附着力不强，易流失，使用效率低，以水玻璃为基料形成的硅凝胶类阻化剂，其促凝剂用量较大，在扑灭大范围火灾时，材料运输极为不便，妨碍了灭火进程； 

2)聚乙烯醇、海藻酸钠及高吸水树脂类及高分子乳液类阻化剂能凝聚成一固相层覆盖在煤体表面上，阻止和延缓氧气进入煤体，起到隔氧阻化的作用，但成膜后的高聚物在高温下也能参与氧化反应，很快失去阻化作用； 

3)所添加的强氧化剂破坏煤体中的活性结构和基团，降低煤的品质，另一方面采用的高氯酸盐、高锰酸盐、过氧化物等强氧化剂与煤体反应时因为放热，存在安全隐患。 

发明内容

针对现有技术问题，本发明提供了一种环境友好的用于防治煤炭矿井煤自燃的聚合物-无机复合凝胶阻化剂及其制备方法。 

本发明所提供的用于防治煤炭矿井煤自燃的复合凝胶阻化剂的组分及其重量百分比为：接枝共聚物10～65.0wt％、阻燃剂0～40.0wt％，水玻璃20～60.0wt％，余量为水； 

其中，所述的接枝共聚物为：水溶性聚合物与不饱和羧酸单体通过接枝共聚反应形成的含-COOH功能基团的接枝共聚物，所述的水溶性聚合物为聚丙烯酰胺、聚乙二醇、聚乙烯醇、羧甲基纤维素或来自造纸黑液的木质素磺酸钠中的一种或几种按任意配比的混合；所述的不饱和羧酸单体为丙烯酸、甲基丙烯酸、衣康酸、马来酸或富马酸中的一种或几种按任意配比的混合；

所述的阻燃剂为三聚氰胺甲醛树脂、磷酸氢铵、聚磷酸铵或硼酸中的一种或几种的混合； 

所述的水玻璃为钠水玻璃或钾水玻璃。 

本发明提供的用于防治煤炭矿井煤自燃的复合凝胶阻化剂的制备方法，包括以下步骤： 

1)将10～120重量份不饱和羧酸单体、10～120重量份的水溶性亲水性聚合物、分别占不饱和羧酸单体0.1～5.0wt％的引发剂和分子量调节剂加入到100～200重量份水中分散后，在N2保护、30～110℃温度下进行接枝聚合反应3～20h，制得含-COOH功能基团的接枝共聚物溶液，固含量为10～65wt％；