[发明专利]防治煤自燃的粉煤灰固化泡沫材料及制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种固化泡沫材料及制备方法，特别是一种防治煤自燃的粉煤灰固化泡沫材料及制备方法。

背景技术

煤炭自燃是煤矿的主要自然灾害之一，严重威胁着煤矿生产和矿工的生命安全。煤田火灾主要是由于地表裂隙漏风供氧引起煤炭自燃。矿井下煤自燃主要发生在存在漏风通道的采空区、开切眼、停采线、地质构造带、巷道高冒区等地点。为了防治煤炭自燃，国内外采用了灌浆、惰气、阻化剂、凝胶和聚氨酯泡沫等技术。但这些方法都存在一些不足，黄泥灌浆技术需消耗大量土壤，一些缺土的地区无法使用且浆液容易向下渗流，不能封堵细小裂隙；惰气易随漏风扩散，不易滞留在注入的区域内；铵盐凝胶释放有毒有害气体，胶体容易龟裂；阻化剂腐蚀井下设备和危害工人身心健康，防灭火效果也不是很理想；有机固化泡沫效果好但成本高且对环境温度要求高。近年来，三相泡沫新技术来防治矿井的煤炭自燃，该技术较之一般的防灭火技术和材料有很大的优越性，能充分满足大范围防灭火的需要。但三相泡沫没有强度，未实现固化；而现场有时需求具有较高发泡倍数、能固化且应具有一定强度的固化泡沫材料来充填、堵漏和防治煤炭自燃。

发明内容

本发明的目的是针对已有煤炭自燃防治技术存在的问题，提供一种能很好稀释遗煤空间氧气浓度、导热系数低、隔热效果好、操作工艺简单、安全、成本低的防治煤自燃的粉煤灰固化泡沫材料。

本发明的粉煤灰固化泡沫材料，包括以下各组分及重量份数：水40-60份、粉煤灰100份、化学自产气复配粉体25-40份、速凝剂3-5份、活性激发剂2-4份、减水剂1-2份、复合型稳泡剂1份；

所述的化学自产气复配粉体按以下重量份配比制成：半水合硫酸钙24-35份，碳酸氢钠1-5份，由两者发生化学反应产生惰性气体即二氧化碳气体来使浆液发泡；所述的速凝剂按以下重量份配比制成：铝氧熟料1-2份，碳酸钠1份、生石灰1-2份，所述的铝氧熟料重量百分比为铝酸钠94%、氧化铝4%、铝硅酸钙2%；所述的活性激发剂按以下重量份配比制成：氧化镁0.8-1.6份，氯化镁1.2-2.4份；所述的减水剂为按以下重量份配比制成：木质素磺酸钙0.5-1份，萘磺酸盐甲醛缩合物0.5-1份，所述的萘磺酸盐甲醛缩合物Na2SO4含量<3%；所述的复合型稳泡剂按以下重量份配比制成：乙二醇丁醚0.2份，纳米硅0.3份、羟已基纤维素0.5份；通过调整速凝剂、活性激发剂、减水剂之间的重量分数调节固化时间。

本发明的粉煤灰固化泡沫材料的制备过程是：

步骤一：在专用混合容器A中加入水40-60份、乙二醇丁醚0.2份，纳米硅0.3份、羟已基纤维素0.5份，搅拌器以3000±100转/分钟转速转动，搅拌时间为2min，形成匀泡液；

步骤二：在干混搅拌机B中加入粉煤灰100份，铝氧熟料1-2份、碳酸钠1份、生石灰1-2份，氧化镁0.8-1.6份、氯化镁1.2-2.4份，木质素磺酸钙0.5-1份、萘磺酸盐甲醛缩合物0.5-1份，搅拌器以3000±100转/分钟转速转动，搅拌时间为3min，形成混合粉体；

步骤三：将干混搅拌机B中的混合粉体混合加入专用混合容器A中的匀泡液中，专用混合容器A搅拌器以12000±500转/分钟转速转动，搅拌时间为2min，形成混合浆液，静置发泡，制备成用于防治煤自燃的粉煤灰固化泡沫材料。

有益效果，由于采用了上述方案，本发明通过半水合硫酸钙、碳酸氢钠在水中发生化学反应产生惰性气体即二氧化碳气体来使浆液发泡；采用复合型稳泡剂即乙二醇丁醚，纳米硅、羟已基纤维素复配使料浆液中的固相颗粒均匀分散、悬浮；通过调整速凝剂、活性激发剂、减水剂之间的重量分数调节固化时间，最终形成的粉煤灰固化泡沫流体材料，其轻质，发泡倍数为8～15倍，泡沫流体能均匀覆盖在松散煤岩体上、裂隙渗透能力强、固化时间可调，抗压强度大，大于1.5Mpa，发泡反应过程中会释放一定量的惰性气体即二氧化碳气体能够起到很好的稀释遗煤空间氧气浓度，导热系数低、能起到很好的隔热效果，操作工艺简单、安全、成本低。能够快速包裹煤体并隔绝氧气，有效封堵漏风通道与煤体裂隙，防治煤的氧化，该材料对煤炭自燃防治工作具有重大意义。

与现有技术相比，本发明具有如下优点：

（1）本发明防治煤自燃的粉煤灰固化泡沫材料，采用半水合硫酸钙，碳酸氢钠，水三者的化学反应自产泡体系，三者均属于环境友好型材料且产生的惰性气体（二氧化碳）能够对遗煤氧化空间起到稀释氧气浓度的作用；