[發(fā)明專利]一種改性煤矸石基防滅火三相泡沫材料、制備方法及應用

有效

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• 申請日: 2022-06-27
• 公開（公告）號: CN115120922B
• 公開（公告）日: 2023-05-16
• 發(fā)明（設計）人: 羅文;王海軍;陳殿賦;武博強;李雄偉;李健威;周海豐;何伊軍
• 申請（專利權）人: 中煤科工集團西安研究院有限公司;國能神東煤炭集團有限責任公司
• 主分類號: A62D1/00
• 分類號: A62D1/00;A62D1/02;E21F5/00
• 代理公司: 西安恒泰知識產(chǎn)權代理事務所 61216
• 代理人: 國旭東

本發(fā)明提供一種改性煤矸石基防滅火三相泡沫材料、制備方法及應用，包括以下原料組分：以質(zhì)量百分比計，煤矸石69.2～73.5％、水20.3～25.1％、激發(fā)劑3.1～5.5％、起泡劑0.05～0.1％和惰性氣體0.1～0.5％，各組分的質(zhì)量百分比合計為100％，本發(fā)明還公開了改性煤矸石基三相泡沫材料的制備方法及應用，改性煤矸石基防滅火三相泡沫材料是一種由固液氣三相體系組成的泡沫材料，本發(fā)明公開的制備方法首次通過對煤矸石粉體改性，實現(xiàn)了對煤矸石粉體的活化，使其具有膠凝性，不需要引入其他膠凝材料便可使三相泡沫材料可固化于自燃區(qū)域，起到阻隔充填作用防止復燃。

技術領域

本發(fā)明屬于無機非金屬材料領域，涉及固體廢料，具體涉及一種改性煤矸石基防滅火三相泡沫材料、制備方法及應用。

背景技術

煤矸石是煤炭洗選過程中產(chǎn)生的固體廢物，約占煤炭總量的10％～15％，在中國，煤矸石的存量已經(jīng)超過60億噸，而且還在以每年的5億噸的速度增長，矸石長期堆放不僅會造成土地占用，空氣粉塵污染，而且矸石中含有的部分有害物質(zhì)還會造成土地破壞，煤矸石處置直接關乎煤礦的可持續(xù)發(fā)展以及生存家園的保護，因此近年來煤矸石的處置需求日益增加，亟需開發(fā)更多的新技術工藝來豐富煤矸石處置手段，增加煤矸石處置能力。

煤自燃是煤礦開采過程中的主要災害之一，目前主要的防治技術為注水，注漿和注惰性氣體技術，其中注水注漿技術成本低工藝簡單，水或漿液注入自燃區(qū)域達到滅火目的，但是水或者漿液會向著地勢低的地方流動，易跑漿潰漿，同時這兩種材料擴散覆蓋能力低，不能對著火區(qū)域實現(xiàn)有效覆蓋，自燃區(qū)域易發(fā)生二次自燃；相比于注漿或注水，注惰性氣體可以快速阻隔氧氣與自燃區(qū)域接觸，迅速實現(xiàn)滅火，而且氣體的滲透擴散能力強，可充斥自燃區(qū)域的整個空間，增強了滅火效果和范圍，但是這種技術成本過高，滅火效果依舊不能維持較長時間。

針對現(xiàn)有防滅火技術的不足，一些學者提出了三相泡沫材料防滅火技術，以固體粉料、水及惰性氣體復合為三相泡沫材料，但是這項技術目前仍存在一些問題，如原料單一，泡沫穩(wěn)定性差，無法固化，無法達到就地取材，滅火效果不能持久穩(wěn)定。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有技術存在的不足，本發(fā)明的目的在于，提供一種改性煤矸石基防滅火三相泡沫材料、制備方法及應用，采用物理激發(fā)、化學激發(fā)和機械發(fā)泡組合工藝，綜合注漿防滅火和注惰性氣體防滅火的優(yōu)勢，在不添加膠凝材料的情況下，利用改性矸石自身具有的膠結性，實現(xiàn)有效滅火的同時，將惰性固體長期覆蓋在著火區(qū)域，將煤層與氧氣隔絕，防止煤層復燃。

為了解決上述技術問題，本發(fā)明采用如下技術方案予以實現(xiàn)：

一種改性煤矸石基防滅火三相泡沫材料，包括以下原料組分：以質(zhì)量百分比計，煤矸石69.2～73.5％、水20.3～25.1％、激發(fā)劑3.1～5.5％、起泡劑0.05～0.1％和惰性氣體0.1～0.5％，各組分的質(zhì)量百分比合計為100％。

本發(fā)明還具有如下技術特征：

具體的，所述激發(fā)劑按質(zhì)量百分計，由5～10％的三乙醇胺和90～95％氫氧化鈉復配而成。

更進一步的，所述起泡劑按質(zhì)量百分比計，由10～20％硬脂酸鈣、10～20％十二烷基苯磺酸鈉和60～80％松香皂復配而成。

更進一步的，所述惰性氣體包括二氧化碳氣體和氮氣。

更進一步的，以質(zhì)量百分比計，煤矸石71.2％、水23.5％、三乙醇胺0.48％、氫氧化鈉4.32％、硬脂酸鈣0.02％、十二烷基苯磺酸鈉0.02％、松香皂0.06％和二氧化碳0.4％。

更進一步的，所述改性煤矸石基防滅火三相泡沫材料的表觀密度為600～900kg/m³，初凝時間為10～20min，終凝時間為30～50min，發(fā)泡倍數(shù)為1.5～3倍，抗壓強度為1～4Mpa。

本發(fā)明還保護一種如上所述的改性煤矸石基防滅火三相泡沫材料的制備方法，該方法包括以下步驟：