[发明专利]一种煤矿用防灭火材料的制备方法

说明书

本发明涉及一种煤矿用防灭火材料的制备方法，属于阻燃材料技术领域。本发明制备的煤矿用防灭火材料是一种吸水凝胶，其中存在大量的凝结水和少量的不动水，经亲水性水合，在分子表面形成厚度为0.5～0.6nm的2～3个水的分子层；第一层，极性离子基团与水分子通过配位键或氢键形成的水合水；第二层，水分子与水合水通过氢键形成的结合水层；凝胶吸水主要是靠内部三维空间网络间的相互作用，吸收大量的自由水储存在网格里，凝胶三维空间网络的孔径越大，吸水倍率越高；覆盖在煤体表面的吸水凝胶降低了煤体与氧气接触的概率，堵塞漏风通道，降低氧浓度，吸热降温，降低煤的氧化活性，使得制备的煤矿用防灭火材料灭火效率高、速度快。

技术领域

本发明涉及一种煤矿用防灭火材料的制备方法，属于阻燃材料技术领域。

背景技术

作为煤炭开采的主要自然灾害之一，煤自燃问题对煤矿开采行业形成了严重威胁。煤炭自燃本是自然界存在的一种客观现象，但是若不能有效的加以控制，将严重影响我国煤炭行业的健康发展。

煤矿火灾的危害性主要有以下几个方面：

（1）直接烧毁煤炭资源，破坏井下施工设备，造成重大经济损失；

（2）释放CO，SO₂等有害气体，危害矿井工作人员生命安全；

（3）引起瓦斯爆炸等连锁反应，扩大灾害范围；

（4）引起煤矿停工停产，造成间接经济损失。

煤矿火灾问题是一种特定条件下的火灾，与普通的火灾事故相比有其独特的发生环境，必须对煤炭自燃的机理与发火过程有深入的了解，才能从根本上找到煤矿火灾的解决对策。

煤在地下的演化形成大致经历了从植物、泥炭到褐煤、烟煤、无烟煤的过程，现在所开采使用的煤炭包括了后三类，不同种类的煤代表了不同的煤化程度，褐煤煤化程度最低、无烟煤煤化程度最高。一般来说，煤结构单元中芳香环数会随着煤化程度的提高而增加，而含氧官能团和对氧敏感的侧链会逐渐减少甚至消失，在一定程度上增加了煤的抗氧化能力。因此，褐煤有较大的自燃危险，而高煤化程度的无烟煤难以自燃。但这并不能作为唯一判断标准，当一种无烟煤具有较高含量的硫等杂质时，同样会有高的自燃危险。

其次是煤的空隙率。研究表明，大块堆积的煤炭以及密实的煤层一般不容易发生自燃，而松散的碎煤有较高的自燃危险。这是因为：结构密实的煤层阻止了氧气的进入，导致其与氧接触的表面积非常有限、产热较少；大块堆积的煤炭存在大缝隙，空气对流明显、热量不易聚集；而松散的碎煤具有高的比表面积，对氧有较强的吸附能力、产热较大，同时存在众多充满热空气的微小空隙，使热量得不到有效散失，极易发生自燃。

最后是水的影响。作为生活中常用的灭火介质，根据水分含量的多少，水对煤的自燃表现出两种截然相反的作用：

（1）当煤体表面被微量水润湿时，水分与煤体表面相互作用并释放一定的润湿热，会加速煤自燃初期的氧化进程；研究表明，干燥的煤被突然暴露在较高湿度的环境中时，润湿热和湿热空气的气化潜热会使煤温加速升高，极易导致煤的自燃发火，这也解释了一些煤矿的露天堆积煤炭在夏天雨后为何有较高的自燃危险；

（2）煤表面有大量水分时，在煤体细小空隙内部以及表面的水分会降低煤对氧的吸附作用，同时由于水本身高的热导率，加快了煤的散热过程，会在一定程度上抑制煤的自燃。

此外，煤本身的杂质类型及含量，以及煤层中瓦斯的含量等因素也会在不同

程度上影响煤的自燃。

从煤自燃的起因以及影响因素可知，要解决煤自燃问题，可以从以下两个方面入手：（1）隔绝煤与氧的直接接触，杜绝煤氧的吸附作用；（2）加强散热，避免煤体表面的热量持续堆积。基于以上两点，国内外煤炭科学工作者不断突破创新，在防灭火材料研发及应用技术上取得了不少成果。