[发明专利]一种矿用防灭火凝胶材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种矿用防灭火凝胶材料及其制备方法。所述材料由固体混合物与水按照水固比为6‑16：1混合而成，所述固体混合物包括以下按重量份数计的组分：固体水玻璃11‑14份、促凝剂6‑8份、粉煤灰12‑16份、活化剂10‑14份、硅酸镁铝4‑8份和钠基膨润土40‑60份；所述固体水玻璃的模数为2.0‑2.5，通过调节水固比，向固态混合物中加入水，即提供了一种保水性强、机械强度高、成胶时间可调的防灭火凝胶，可较为方便地调节凝胶成胶时间，满足短距离充填和长距离输送的“宽比例”需要。该防灭火凝胶具有物理保湿作用，能较好地锁住注入煤体的水，同时可以充填煤体间的缝隙，减少煤氧接触，从而较好地抑制煤的燃烧。

技术领域

本发明涉及煤炭火灾防治领域，具体涉及一种矿用防灭火凝胶材料及其制备方法。

背景技术

凝胶是介于固体和液体之间的一种特殊材料，在宏观上具有固体不能流动的性质，在分子水平上又有类似于溶液的行为。凝胶的固水性，能够使一定量的水分子固定在胶体网状结构中，通过水分蒸发降低煤的表面温度；同时还可以附着于煤体表面，形成一层致密的薄膜，隔绝煤与氧气的接触，进而阻断煤的氧化；此外，输送至火区的凝胶还能起到充填堵漏的作用，降低了能够控制区煤的空气量，提高了防灭火效率，因此，凝胶材料是煤矿现场充填封堵防灭火常用的材料之一。

根据制备凝胶的基料化学性质的不同，凝胶主要分为无机凝胶和有机凝胶两大类。有机凝胶一般具有优异的抗压强度，但是单价高，成胶时间可调性差，难以满足现场短距离充填和长距离输送的应用要求。限于此，煤矿初期主要使用的是由水玻璃和碳酸氢铵等形成的铵盐无机凝胶。这种无机凝胶虽然价廉，但是在制备凝胶时释放氨气，具有很大的刺激性气味，危害井下工人的身体健康；而且此类凝胶还存在失水后干裂、粉化以及成胶时间过快的不足，针对这些问题，学者们进行了广泛的研究。

贾博宇根据胶体化学和Lewis酸碱电子理论研究出一种环保FA促凝剂并以水玻璃、FA促凝剂和粉煤灰作为原料制备了一种新型无胺凝胶，实验结果表明该材料强度较高且制备时无有害气体产生，但FA促凝剂需要提前配成溶液使用，不便于原料的运输和储存。隋涛使用水、碳酸氢钠、水玻璃和粉煤灰制备了粉煤灰防灭火凝胶，可以通过改变促凝剂的比例来控制凝胶的成胶时间，但每当对成胶时间做出调整，就需要重新配制原料，在实际应用中易造成原料的浪费。王续使用CMC交联粉煤灰制备了矿用粉煤灰-CMC复合凝胶，经过低温氧化实验和堵漏测试发现具有良好的防灭火效果，但成胶时间普遍较长，不便于短距离充填。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供了一种矿用防灭火凝胶材料及其制备方法，该制备方法简单，所得防灭火凝胶保水性强，失水后可再吸水恢复使用，吸水倍数不受影响，且成胶时间方便调控，满足短距离充填和长距离输送的“宽比例”的需要。

为解决现有技术问题，本发明采取的技术方案为：

一种矿用防灭火凝胶材料，所述材料由固体混合物与水按照水固比为6-16：1混合而成，所述固体混合物包括以下按重量份数计的组分：固体水玻璃11-14份、促凝剂6-8份、粉煤灰12-16份、活化剂10-14份、硅酸镁铝4-8份、钠基膨润土40-60份；所述固体玻璃的模数为2.0-2.5。

作为改进的是，所述固体混合物与水混合时的搅拌速度为150-180r/min，搅拌5-8min。

水玻璃为常用的制备无机凝胶的基料，无毒，无刺激性。当水玻璃溶液和促凝剂混合后，可以在较短的时间内形成凝胶，是矿井常用的防灭火材料。

粉煤灰是燃煤过程中排出的微小颗粒，在我国电厂的产量较大，利用率低，易造成周边大气与土地污染，另一方面粉煤灰结构中包括大部分铝硅玻璃材质，具有一种良好的建筑材料特性。但粉煤灰单独使用时，活性较低，凝胶效果不明显，将氢氧化钙作为活化剂与粉煤灰配合使用，反应形成凝胶化合物，可以加快胶凝体系成胶的时间，加强材料整体的强度和耐久性，使凝胶在较长一段时间内不会开裂。