[发明专利]一种防治低阶煤自燃的物理-化学复合阻化剂及其制备和使用方法

说明书

本发明提供了一种防治低阶煤自燃的物理‑化学复合阻化剂及其制备和使用方法，该复合阻化剂由螯合物和凹凸棒土组成；其中，所述螯合物由原花青素和氯化钙经螯合作用生成。该复合阻化剂具有吸湿、保湿的作用，在低温下能减缓水分的散失，在高温下能产生稳定性较好的MgO、Al₂O₃等氧化物隔绝层，可以阻隔煤体与氧的接触；同时可以捕获链式循环反应过程中产生的羟基自由基，销毁过氧化物自由基，也可以与煤中的活性结构作用生成醚键、氢键等稳定的结构，实现对低阶煤的持久阻化。

技术领域

本发明涉及煤矿井下防灭火技术应用领域，尤其涉及一种防治低阶煤自燃的物理-化学复合阻化剂及其制备方法。

技术背景

我国低阶煤炭资源丰富，但发火十分严重。低阶煤中含有大量的甲基、亚甲基等脂基以及羟基等活性官能团，这些活性官能团具有很强的氧化活性，很容易发生氧化自燃，甚至引起火灾。煤自燃引起的火灾不仅会烧毁大量的煤炭资源，还会释放大量有毒有害气体，威胁人员健康和环境安全，是煤矿安全生产过程中亟需解决的问题。

防治煤炭自燃的基本原理是消除煤氧化现象的发生或减少煤氧化过程中热量的产生和集聚。煤低温氧化是一个复杂的煤氧复合的自由基链式循环反应过程，自由基在这个过程中起到了链引发和链传递的作用，所以选择合适的阻化剂在能够对煤进行保湿降温的同时又能及时消除或减少活性官能团或链式循环反应过程中的关键自由基，对防治煤自燃具有重要的意义。目前，防治煤炭自燃的阻化剂主要有物理阻化剂和化学阻化剂。物理阻化剂的阻化机理主要是隔氧窒息和吸湿降温，主要有泡沫、凝胶和吸水性盐类(如NaCl、MgCl₂和CaCl₂)等，这些物理阻化剂能够改变煤体周围的物理条件，主要通过保水吸热降温阻化煤自燃，但没有从本质上改变煤的自燃危险性，所以当阻化剂的保水性能耗尽时，阻化效果也会消失。化学阻化剂的阻化机理主要是减少煤中活性官能团的数量或中断煤氧复合的自由基链式循环反应，从而抑制煤的氧化自燃，主要有高氯酸盐、高锰酸盐、过氧化物等氧化剂和尿素、防老剂、儿茶素等环保型阻化剂。但氧化剂反应会放出热量使得煤体的温度上升，而且氧化剂本身就具有较大的火灾危险性；而防老剂、儿茶素等价格昂贵，很难应用于实际现场。

发明内容

本发明针对低阶煤的低温氧化特性和克服现有技术的不足，提供一种防治低阶煤自燃的物理-化学复合阻化剂，该复合阻化剂既能保持良好的物理保水阻化效果，又能根据低阶煤氧化过程中关键活性官能团的性质，从本质上抑制低阶煤的自燃。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种防治低阶煤自燃的物理-化学复合阻化剂，该复合阻化剂由螯合物和凹凸棒土组成；其中，所述螯合物由原花青素和氯化钙经螯合作用生成。

所述原花青素与氯化钙的质量比为1:6～1:8，最佳质量比为1:7。

所述螯合物与凹凸棒土的质量比为1:4～1:6，最佳质量比为1:5。

本发明还提供了上述防治低阶煤自燃的物理-化学复合阻化剂的制备方法，技术方案为：

一种防治低阶煤自燃的物理-化学复合阻化剂的制备方法，包括以下步骤：

(1)将原花青素和氯化钙溶解分散在溶剂水中，充分搅拌10～20min，制得螯合物溶液；

(2)将凹凸棒土加入到螯合物溶液中，充分搅拌10～20min，得到复合阻化剂溶液。

本发明还提供了上述防治低阶煤自燃的物理-化学复合阻化剂的使用方法，技术方案为：

一种防治低阶煤自燃的物理-化学复合阻化剂的使用方法，将该复合阻化剂溶液喷洒于井下采空区遗煤区防治煤炭自燃。

有益效果：