[发明专利]用于煤层火灾治理的复合凝胶防灭火材料

说明书

技术领域

本发明属于煤炭矿井下防灭火材料，具体涉及一种煤炭矿井中防 治煤炭矿井火灾的复合凝胶材料。

背景技术

我国煤矿自燃条件复杂，自燃发火的矿井范围广、数量多，严重 威胁着矿井和矿工的人身安全，给国家造成巨大的损失。煤层发生自 燃时，在高温下分解及氧化释放出大量有毒有害气体；同时高温促使 煤层中所含瓦斯释放，有可能引起瓦斯爆炸，因此煤层自燃有极大的 危害性，必须快速、彻底的扑灭火灾。

封堵漏技术用于防火效果比较明显，而用于灭火时由于不能直接 使煤温降低，所以通常需要和其它灭火技术配合使用。采用惰气泡沫 防灭火技术能起到降温、减少漏风、降低采空区氧浓度等作用，但惰 泡在碎煤中压注，发泡性能差、气泡倍数低、成本高。阻化剂防灭火 技术也具有一定的防火效果，但当温度升高使阻化剂吸收的水分蒸 发，其阻化作用会消失，失去水分的阻化剂对煤氧复合反而有促进作 用，促使煤氧复合速度加快，使煤更易自燃。另外，井下自燃火灾通 常处于工作面或巷道顶部比较高的部位，应用水或泥浆灭火时，不能 滞留在发火部位，流过发火部位后仅使煤表面温度降低，煤体内部温 度仍然很高，如黄泥灌浆材料的制备工艺简单、取材方便、成本低廉， 但泥浆脱水后对裂隙不能够充分充填，堵漏风效果差，黄土用量大； 另外水对煤的自燃有一定的促进作用，高温时水会参与燃烧反应，产 生大量水煤气，造成水煤气爆炸。

发明内容

本发明的目的在于克服现有灌浆、注水的水流失问题，提出一种 既可使浆液增稠、提高骨料悬浮性，并能控制凝胶时间的复合凝胶材 料，且凝胶具有一定强度；所制备的凝胶材料集堵漏、降温、阻化、 固结水等性能于一体，以适用于各种类型的矿井自燃火灾。

可通过以下具体技术方案实施。

本发明提出的复合凝胶防灭火材料，其主要成份为：水玻璃基料、 碳酸氢钠促凝剂、增稠剂、复合物骨料及水，将上述各组分按如下比 例混合、搅拌均匀，每吨复合凝胶中各组分的用量如下：

水玻璃基料                        60-80kg

碳酸氢钠促凝剂                    20-30kg

增稠剂                            1-10kg

复合物骨料                        125-250kg

其余为自来水

本发明中，所用增稠剂是聚丙烯酸钠、聚丙烯酰胺、甲基纤维素， 选用其中一种或多种组合。

本发明中，所用的复合物骨料是黄土和高吸水矿物粘土的混合物， 黄土和高吸水矿物粘土的重量比为2.5-10∶1，选用的高吸水矿物粘 土为膨润土、凹凸棒、硅藻土其中一种或多种组合；骨料的平均粒度 小于1mm。

本发明提供的复合凝胶的制备方法如下：将黄土进行烘干、研磨、 筛分处理，然后与高吸水矿物粘土、增稠剂、碳酸氢钠促凝剂按上述 比例在混料机中混合均匀，得到固体混合物；然后将水玻璃基料、水 按照上述比例与固体混合物充分搅拌，制成浆液即可。

使用时用输送泵将制好的浆液注入到需要阻燃或燃烧的煤层上， 起到预防和扑灭井下煤层火灾的作用。所制混合浆液的防灭火性能与 浆液浓度有关，浓度越高，浆液的吸热比越大、灭火效果愈好。

针对巷道顶煤灭火范围相对较小，综合考虑各种因素，本发明可 采用移动式注胶工艺，该工艺使用方便灵活、可实现对局部高温区快 速有效处理，利用移动式压注系统，将各种凝胶材料按比例混合均匀， 通过注胶管路和钻孔将凝胶注入火区。

本发明的积极效果有：

1、本发明制备的混合浆体凝胶具有优越的固水性能，浆体中90％ 以上是水，基料的凝胶作用将水固结起来，既起到了在煤体中的堆积 作用，又可以发挥水阻止煤氧化以及吸热降温的物理性能。

2、本发明采用的是复合骨料，大大降低了黄土用量的同时，对凝 胶强度的提高具有明显作用，在较大外力作用下不会发生开裂；另外， 凝胶体积收缩小、具有密封性能，从而起到堵漏风的作用。

3、凝胶成胶前黏度大于水，但又具有良好的流动性，渗透性能好， 可以渗透到煤和岩体的缝隙中，成胶以后不具有流动性，起到阻燃阻 化作用。