[发明专利]一种防灭火凝胶制备方法及煤矿防灭火方法

说明书

本发明属于煤矿防灭火技术领域，公开了一种防灭火凝胶制备方法及煤矿防灭火方法，按质量百分比由1％‑2％的羧甲基纤维素、4％‑5％的交联剂、4％‑5％的碳酸氢钠、4％‑5％的水玻璃稀释溶液，0.1％‑0.3％的pH调节剂和水组成。将羧甲基纤维素溶于蒸馏水中，加热并充分搅拌，然后向溶液中加入柠檬酸铝并通入氮气进行保护，反应得到第一溶液；将温度升高，向第一溶液中继续加入葡萄糖酸内脂，持续搅拌并反应，得到第二溶液；将碳酸氢钠加入到第二溶液中搅拌均匀，加入pH剂，调节得到第三溶液；将水玻璃溶于蒸馏水中，待混合后，滴加到第三溶液中，反应，得到最终产物。本发明延长了煤的存放时间，提高了煤矿的安全生产效率。

技术领域

本发明属于煤矿防灭火技术领域，尤其涉及一种防灭火凝胶制备方法及煤矿防灭火方法。

背景技术

目前，煤炭自燃是煤矿安全的主要威胁之一。由此引发的火灾会造成人员伤亡和重大财产损失，以及严重的环境污染。近年来，世界煤炭平均年产量已达到约75亿吨。煤炭自燃引起的瓦斯、煤尘爆炸时有发生，每年因煤炭自燃造成的直接经济损失达数十亿美元，而诸如生态环境退化和大气污染等间接损失难以估计。目前防治煤炭自燃的防灭火技术有压力注浆凝胶、注浆泡沫、喷洒抑制剂、惰性气体(CO₂、N₂)等。这些技术在煤矿开采火灾防治中发挥了重要作用，但也存在着一些缺陷。例如，惰性气体容易因漏气而扩散，并很容易离开注射区域。凝胶具有低流动性和小范围渗透性。此外，三相泡沫不容易固化，仅在8-12小时内稳定，而有机泡沫价格昂贵且具有放热反应，因此增加引发煤炭自燃的风险。近年来，我国广泛采用综放开采技术和瓦斯抽放技术，造成采空区残煤过多、漏风严重，导致煤炭自燃火灾发生。因此，开发和利用新型防火灭火技术和材料是一项紧迫的任务。

水凝胶是具有三维网络结构的聚合物，由亲水性大分子化合物构成。与纯水相比，它们在结合水以及冷却和密封方面具有明显的优势。目前，水凝胶广泛应用于森林和煤矿防火。

通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：

(1)现有的防灭火凝胶使用后，只对当时的明火起到防治作用，无法继续对正在煤炭开采、储存、装卸及运输过程中产生的煤炭自燃进行捕捉，难以达到理想的效果。

(2)目前煤矿防灭火凝胶没有选用天然高分子材料。

解决以上问题及缺陷的难度为：在制备防灭火凝胶时，水玻璃溶液不易与之反应，必须控制好前期羧甲基纤维素在反应时的加入量、起始液体的粘度、搅拌的速度和反应温度，不然会对防灭火凝胶的成胶速度与强度有影响。因此，控制好反应条件、选择合适的制备工艺参数制备出性能最佳的防灭火凝胶是以上的难度。

解决以上问题及缺陷的意义为：有效解决以上问题，进一步提高了防灭火凝胶的制备工艺，为防灭火凝胶的广泛应用提供了有效的技术支撑，本发明制备防灭火凝胶，以具有绿色、无污染的材料，采用化学接枝共聚与物理团聚技术作为制备工艺，在一定程度上可以提高材料利用率。这种有机无机杂化防灭火凝胶，具有广阔的发展前景。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种防灭火凝胶制备方法及煤矿防灭火方法。

本发明是这样实现的，一种防灭火凝胶，所述防灭火凝胶按质量百分比由 1％-2％的羧甲基纤维素、4％-5％的交联剂、4％-5％的碳酸氢钠、4％-5％的水玻璃稀释溶液，0.1％-0.3％的pH调节剂和水组成，余量为水，补足至100％。本发明防火凝胶的制备方法采用的是化学接枝共聚与物理团聚法，在羧甲基纤维素溶液中依次加入柠檬酸铝溶液、葡萄糖酸内脂，碳酸氢钠溶液，充分搅拌至反应完全，之后加入水玻璃溶液，当反应完全后，经过过滤和干燥后，可以得到具有良好灭火性能的防灭火凝胶。

进一步，所述交联剂为柠檬酸铝，引发剂为葡萄糖酸内酯。

进一步，所述pH调节剂为碳酸氢钠或氢氧化钠中的一种或其混合物。