[发明专利]一种用于防治煤炭自燃的环保阻燃高分子阻化剂

说明书

技术领域

本发明属于煤矿防灭火材料领域，具体涉及一种用于煤矿中防止煤炭自燃的环保阻燃高分子阻化剂。

技术背景

煤的自燃火灾一直威胁着煤炭生产和储存的安全，造成了巨大的煤炭资源损失、影响了开采效率，甚至引发瓦斯爆炸或井下火灾，严重威胁着矿井和矿工的人身安全，给国家造成巨大的经济损失。同世界各主要产煤国家相比，我国低等级煤种多，自燃发火的矿井范围广、数量多，由煤自燃而引起的火灾占矿井火灾总数的90％以上。煤层自燃着火的主要原因是煤层中破碎煤体存在裂隙，空气中的氧气随裂隙进入煤层与煤反应放出热量，热量积聚至着火点即发生自燃。因此，阻止煤氧接触，就能使煤氧复合放热量小于煤岩体向周围岩体的散热量，从而使煤温不断下降，最终实现防止煤自燃发生。

预防性灌浆是防止煤自燃发火的一项传统的、有效的、稳定可靠的重要措施，在国内煤矿中得到普遍应用。但井下自燃火灾通常处于工作面或巷道顶部较高部位，水或泥浆不能滞留在顶部包裹火区；另外，泥浆脱水量大、施工量大、附壁性差。无机盐类阻化剂主要为氯化钙、氯化镁等水溶液，可通过喷洒、压注或雾化的形式附着在易被氧化的煤体表面形成含水液膜，惰化媒体表面、阻止煤氧接触；但当煤体温度升高使阻化剂吸收的水份蒸发，其阻化效果消失，且阻化剂会催化煤氧复合速度。凝胶类阻化剂可在煤体表面形成阻隔膜，隔绝煤体与空气中氧气的氧化反应，达到阻化效果；但水玻璃凝胶阻化剂具有用量大、体积收缩大、干燥后易开裂等缺点，有机凝胶阻化剂往往热稳定性差、易燃烧且成本较高。聚氨酯、酚醛树脂、脲醛树脂等封堵剂对阻隔煤体氧化也具有良好效果，但其成本高、操作复杂、原料有腐蚀性及污染环境。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术上的缺点，提供一种耐高温、阻燃的环保型高分子凝胶阻化剂，可通过以下具体技术方案实施。

本发明的一种用于煤矿防止煤炭自燃的环保阻燃高分子凝胶阻化剂，以以水为溶剂，包括组分及在凝胶阻化剂中的质量百分比浓度为：高分子基料7％-10％、无机阻化剂0.1％-0.5％、阻燃剂0.1％-0.5％、表面活性剂0.01％-0.5％、补强剂0.1％-3％。

其中所述高分子基料为聚醋酸乙烯酯乳液、聚乙烯醇缩醛乳液、高强度淀粉胶中的一种或多种组合。

所述无机阻化剂为氯化镁、氯化钙、氯化铝、氢氧化钙中的一种或多种组合。

所述阻燃剂为氢氧化铝、氢氧化镁、聚磷酸铵中的一种或多种组合。

所述表面活性剂为脂肪族氨基磺酸钠、碳酸钠中的一种或两种组合。

所述补强剂为轻质碳酸钙、灰钙粉、硅灰石粉中的一种或多种组合。

本发明应用到煤矿开采过程中，通过煤层预注水、向采空区喷洒、向煤壁煤柱裂隙和破碎带喷洒、向高温和高冒区喷洒、在储煤仓喷洒等手段使用，成胶前为可流动液体，成胶后均匀覆盖在煤体表面，隔绝煤和空气的接触，降低煤体表面氧化反应过程。可多次喷洒(涂)以增加涂膜厚度，提高防火等级。具有操作简单、煤体附壁性和阻化效果好、阻燃及环保的优点；涂层可承受多次火焰作用，机械强度大且潮湿环境中涂膜稳定不脱落。在煤矿开采过程中向采煤工作面后的遗煤和易发火区域喷洒该阻化剂溶液，可使煤的自燃倾向降低，从而彻底防止煤的自燃，适合矿井下及储煤作业。

本发明作为一种煤炭行业防止煤炭自燃的环保阻燃高分子阻化剂，有以下优点：

1.以水为溶剂，无毒、无味、不会产生有害气体和有害废物，不会对人和环境产生污染；

2.渗透性强、附壁性强，形成的保护膜致密性好、强度大、阻化率可达90％以上且阻化寿命长；

3.保护膜耐湿性能好、高湿环境下稳定；热稳定性好，火焰烧灼下不燃烧、可形成完整焦化膜；

4.成本低廉，加工及使用方便。

使用中可以根据现场实际情况、使用地点和成胶时间要求等因素配置不同凝胶时间、不同凝胶强度的阻化剂。经某矿试用，效果满意，达到预期发明目的。

具体实施方式

阻化率采用如下测定方法，即：

(裸煤CO发生率-样品CO发生率)/裸煤CO发生率＝阻化率(％)

其中CO发生率是按传统标准试验方法测得的。

实施例1-6

本发明的一种耐高温、阻燃的环保型高分子阻化剂，以在水为溶剂的阻化剂中的质量百分比计量，按表1配置，将高分子基料、无机阻化剂、阻燃剂、表面活性剂、补强剂及水精确称量，在搅拌机中充分混合均匀，即制成各实施例的环保阻燃高分子阻化剂，使用时均匀喷洒(涂)于需要覆盖的煤体表面。

表1原料和配量(单位：质量百分比浓度/％)