[发明专利]一种抑制煤自燃的温敏相变凝胶材料及其制备方法与应用

说明书

本发明公开了一种抑制煤自燃的温敏相变凝胶材料及其制备方法与应用。该温敏相变凝胶材料包括以下组分：吸水性单体聚乙二醇、甲基纤维素、羧甲基纤维素钠、氢氧化镁、膨润土悬浮液、高岭土悬浮液、余量为40‑50℃水，再经共混弱交联制得。针对倾斜煤层，将温敏相变凝胶材料与温敏胞衣阻化剂混合均匀后，初始低温状态下具有的较强流动性，可将胞衣小球管道运输至采空区和易自燃煤层，并具有将其粘结在倾斜煤层的效果；若煤层自燃升温到60‑70℃，温敏胞衣释放阻化溶液，温敏胶体接触到阻化溶液发生盐析，在78℃左右发生相变，渗透到煤层裂隙，脱水生成带薄膜的类固体，且有效抑制温敏胞衣阻化剂70℃蜡体燃烧，实现了长期对煤炭低温氧化的抑制和高温的阻燃效果。

技术领域

本发明涉及煤自燃技术领域，具体涉及一种抑制煤自燃的温敏相变凝胶材料及其制备方法与应用。

背景技术

在煤矿开采过程中90%以上的矿井火灾是由煤自燃引起的。到目前为止，因火灾而封闭的工作面超过800个，冻结和损失煤炭资源约2亿吨，并造成水资源、土壤、植被、大气层的严重污染，威胁到人类生存的环境。为了治理煤炭自然发火，通常采用灌浆、注氮、喷洒阻化剂、注胶体材料、注泡沫等技术来防治矿井的煤炭自然发火，但现有技术都存在有效周期短等缺陷和不足，防灭火的效果不理想。

以中国矿业大学蒋曙光教授为核心的科研团队针对现有阻化剂的弊端，提出了内含高含水无机盐阻化剂的自热温控胞衣热释放技术（Cui C, Jiang S, Zhang W.Experimental Study on the Effect of a Thermoresponsive Secundine Inhibitor onCoal Spontaneous Combustion[J]. Energy Fuels, 2017:7b-2814b.）。该技术已然成熟且目前可达到批量生产（高翔宇.温控胞衣阻化剂批量生产的关键技术研究[D].徐州:中国矿业大学,2020.）。

我国煤层倾角超过35°的煤层占煤炭总储量的比例达17％，仅乌鲁木齐矿区急倾斜煤层储量就超过了36亿吨，大量倾斜煤层决定了该项技术需要具有特殊粘结性的特定载体运输。针对其阻燃特性，在现有医学和消防的温敏胶体的研究基础上，开始研究抑制煤自燃新型温敏相变凝胶材料，既具备输送新型温敏胞衣二次阻化剂的特点，本身作为一次温敏阻化剂可高温相变，有效抑制煤自燃。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供了一种抑制煤自燃的温敏相变凝胶材料及其制备方法与应用，该温敏相变凝胶材料初始粘度较低，可顺利输送胞衣阻化剂，所用组分均无毒无害，凝胶无味，不会污染环境，来源广泛、价格相对低廉

为解决现有技术问题，本发明采取的技术方案为：

一种抑制煤自燃的温敏相变凝胶材料，包括以下按质量百分比计的组分：吸水性单体聚乙二醇3%-4%、甲基纤维素（交联剂）1.1%-1.3%、羧甲基纤维素钠（增稠剂）0.2-0.4%、氢氧化镁（阻燃剂）0.9-1.2%、膨润土悬浮液（充填剂）0.5-1%、高岭土悬浮液（粘结剂）0.5-1%，余量为水，再通过共混弱交联制得温敏相变凝胶材料。

作为改进的是，所述甲基纤维素的粘度为40000mPa·s。

作为改进的是，所述吸水性单体聚乙二醇的n为6000，其中n为聚乙二醇的聚合度。

作为改进的是，所述膨润土悬浮液的质量分数15-20%；所述高岭土悬浮液的质量分数15-20%。

作为改进的是，所述最佳配比聚乙二醇、甲基纤维素、羧甲基纤维素钠、氢氧化镁的质量比为3：1.3：0.4：1。

上述抑制煤自燃的温敏相变凝胶材料的制备方法，包括以下步骤：

步骤1，按照吸水性单体聚乙二醇、甲基纤维素、羧甲基纤维素钠、氢氧化镁混合均匀得混合物A；

步骤2，向混合物A中加入温度为40-50℃水搅拌均匀得溶液A，搅拌至无颗粒；