[发明专利]一种防治矿井煤自燃的粉煤灰基绿色高保水凝胶及其制备方法

说明书

本发明公开了一种防治矿井煤自燃的粉煤灰基绿色高保水凝胶及其制备方法。该凝胶由以下重量百分比的原料制成：成胶A料10～30％、交联B料20～45％，其余为水；其中成胶A料由可生物降解高吸水性树脂、阴离子聚丙烯酰胺、田菁胶和粉煤灰按1～3：0.5～1：0.5～1：95～98的重量比，经物理共混制得；交联B料由沸石、可膨胀石墨和柠檬酸铝络合物按照60～78：20～36：2～4的重量比，经混合、分散、吸附和冷冻干燥后制得。先将成胶A料加入水中，常温下搅拌均匀，再加入交联B料，搅拌混匀即得。本发明的绿色高保水凝胶以粉煤灰等废弃物为基材，成本低廉、制备方法简便，制得的凝胶材料具有可降解、保水性强、胶凝时间可控等优点，能够长时间覆盖润湿煤体，持久防治矿井的煤炭自然发火。

技术领域

本发明涉及水凝胶制备技术领域，具体涉及一种防治矿井煤自燃的粉煤灰基绿色高保水凝胶及其制备方法。

背景技术

煤炭是我国的主要能源，随着煤炭工业经济增长方式的转变、煤炭用途的扩展，煤炭的战略地位仍然十分重要。然而，煤炭开采面临严重的自然发火问题，不仅烧毁大量的煤炭资源，而且会产生有毒有害气体，危及井下工作人员的生命安全和工作面的正常回采，甚至导致瓦斯爆炸等一系列诱发灾害。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，但现有技术都存在一定的缺陷和不足，防灭火的效果不理想。

近年来，凝胶材料因其成胶前良好的流动性、渗透性，成胶后极佳的保水性、堵漏隔氧特性等特点越来越受到国内外学者的关注，但现有的无机凝胶防灭火材料，如目前应用较多的水玻璃凝胶，其极限变形率低，耐动压能力差，在采动影响下随着煤岩层变形而易发生破裂，防漏风性能下降，且无机凝胶易失水粉化，对煤隔氧保护和保水的时间较短，煤炭自然发火持久防治的效果十分有限。另外，现有关于矿用凝胶材料的制备均存在制备加工过程复杂、条件苛刻，需以强酸、强碱等作为原材料，制备过程中需使用高温、高压等苛刻实验条件，导致凝胶材料的加工制备过程风险性高、环保型差，最终使得矿用凝胶的成本大大提高，煤矿现场大范围推广应用受限。

CN111214799A、CN111019047A、CN111744133A的专利申请分别公开了矿用水性凝胶防灭火材料的制备方法，通过利用材料自身含水及粘结特性实现对发火煤的隔氧、降温和阻燃作用，但存在制备工艺复杂、制备条件要求苛刻、得到的材料成本高等问题，在上述凝胶制备过程中需用到氢氧化钠、过硫酸铵等强酸强碱，或使用其他有毒有害物质，制备过程具有一定危险性，生成过程不环保。

发明内容

本发明的目的是提供一种防治矿井煤自燃的粉煤灰基绿色高保水凝胶，该凝胶具有绿色环保、保水性强、堆积性优异等优点，能够实现对采空区遗煤的持久润湿覆盖，最终实现对矿井煤炭自燃的高效持久防治。

本发明的另一目的是提供上述防治矿井煤自燃的粉煤灰基绿色高保水凝胶制备方法，整个制备过程既无任何强酸、强碱等有害物质的添加，也无高温、高压等实验环境的苛刻要求，可工业化生产。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一方面，本发明提供一种防治矿井煤自燃的粉煤灰基绿色高保水凝胶，由以下重量百分比的原料制成：成胶A料10～30％、交联B料20～45％，其余为水；所述的成胶A料由可生物降解高吸水性树脂、阴离子聚丙烯酰胺、田菁胶和粉煤灰按1～3：0.5～1：0.5～1：95～98的重量比，经物理共混制得；所述的交联B料由沸石、可膨胀石墨和柠檬酸铝络合物按60～78：20～36：2～4的重量比，经混合、分散、吸附和冷冻干燥后制得。

优选的，所述的成胶A料的制备过程如下：

1.1)按比例分别称取可生物降解高吸水性树脂、阴离子聚丙烯酰胺、田菁胶，球磨混合均匀，制备得到聚合物粉体；

1.2)按比例将粉煤灰加入到上述聚合物粉体中，球磨混合均匀，制备得到成胶A料。

优选的，所述的交联B的制备过程如下：