一种煤矸石基惰性气体发泡复合防灭火材料及其制备方法与流程

本发明涉及防灭火材料，具体涉及一种煤矸石基惰性气体发泡复合防灭火材料及其制备方法。

背景技术：

1、在煤矿开采或煤炭洗选的过程中会产生大量的煤矸石，目前最常用的处理方式是将煤矸石作为固体废物运往排矸场进行堆放。但随着开采量的逐年增加，煤矸石排放量也随之增加，倘若处置不当会严重阻碍煤矿的发展，严重时制约煤矿的正常生产，因此，开展煤矸石的资源化利用具有十分重要的意义。

2、煤矸石堆场自燃以及煤矿火灾也是煤矿安全生产过程中常见的灾害，这不仅会导致煤炭资源的严重浪费，还会对人员生命安全以及经济发展造成严重影响。其中，煤矿火灾一般是指在采掘作业过程中产生的火灾，主要包括采空区自燃发火、煤体自燃、瓦斯爆炸引起的矿井火灾等几种类型，而不同类型的矿井发生火灾使用的防灭火材料也不同。从防治煤自燃机理来看，防灭火材料的工作机理主要包括两种途径：一是利用隔氧、冷却等手段防止煤的氧化自燃，如填注浆液、惰气、胶体、泡沫、盐类阻化剂等材料，这些材料不发生或只发生少量化学反应，主要表现为物理阻隔作用；二是通过化学方法消耗煤中活性结构，这种破坏不可逆，具有较长的阻化衰退期，常用的有抗氧化剂、离子液体、硫酸钠等。然而，相较于化学方法灭火材料，以物理阻隔作用为主的矿井防灭火材料的工艺简单且成本低廉，但其普遍存在防灭火性能相对较弱以及容易出现跑浆、溃浆等问题。

技术实现思路

1、因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有物理阻隔作用灭火材料的防灭火性能弱以及容易出现跑浆、溃浆的缺陷，从而提供解决上述问题的一种煤矸石基惰性气体发泡复合防灭火材料及其制备方法。

2、为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

3、一种煤矸石基惰性气体发泡复合防灭火材料，原料以重量份计包括：煤矸石10-15份，粉煤灰10-15份，水泥8-10份，粘土5-10份，稳泡剂0.3-0.6份，惰性气体泡沫50-80份，水50-60份。

4、优选的，原料以重量份计包括：煤矸石12-14份，粉煤灰12-14份，水泥8-9份，粘土6-8份，稳泡剂0.4-0.5份，惰性气体泡沫60-70份，水55-60份。

5、优选的，所述粘土为沉积型高岭土；

6、和/或，所述稳泡剂为聚丙烯酰胺。

7、优选的，所述惰性气体泡沫为氮气泡沫。

8、本发明还提供一种上述的煤矸石基惰性气体发泡复合防灭火材料的制备方法，包括：

9、获取煤矸石、粘土和粉煤灰粉末，将其与水进行混合处理获取混合料浆；向混合料浆中加入水泥进行混合处理得到防灭火材料浆体；将防灭火材料浆体与惰性气体泡沫混匀即得煤矸石基惰性气体发泡复合防灭火材料。

10、优选的，所述煤矸石、粘土和粉煤灰粉末的获取过程为：对煤矸石、粘土和粉煤灰进行破碎、研磨、筛分处理；其中，所述筛分处理后的煤矸石和粘土粉末粒径≤75μm；所述筛分处理后的粉煤灰粉末粒径≤45μm。

11、优选的，所述煤矸石、粘土、粉煤灰粉末与水进行混合处理时的转速为50-100r/min，时长为5-10min。

12、优选的，所述混合料浆与水泥进行混合处理时的转速为50-180r/min，时长为5-10min。

13、优选的，所述惰性气体泡沫的获取过程为：将发泡剂与氮气储存装置进行连接，在密闭环境中利用氮气将发泡剂进行发泡处理得到。

14、优选的，所述发泡剂为月桂酸、脂肪醇、松香皂中的至少一种；

15、和/或，所述发泡处理中进行搅拌处理。

16、在本发明中，所述煤矸石为选煤厂洗选过程中分选出的低热值煤矸石；

17、所述粉煤灰为市售或燃煤电厂生产的粉煤灰。

18、本发明技术方案，具有如下优点：

19、1.一种煤矸石基惰性气体发泡复合防灭火材料，原料以重量份计包括：煤矸石10-15份，粉煤灰10-15份，水泥8-10份，粘土5-10份，稳泡剂0.3-0.6份，惰性气体泡沫50-80份，水50-60份。本发明的煤矸石基惰性气体发泡复合防灭火材料在注浆通入煤矸石堆自燃区域后，包覆到自燃煤矸石区域表面，其中含有的水分可以使自燃煤矸石区域内部和表面的温度显著降低；与此同时，经惰性气体发泡后的灭火材料产生大量细密的泡沫，能够牢牢附着在自燃区域表面，防止自燃区域与空气中的氧气接触，引发二次自燃；防灭火材料中含有的粘土可以显著增强灭火材料的耐高温性与流动性，同时结合各物质配比控制，使制得的防灭火材料的灭火性能以及阻隔作用得到显著提升，而且无跑浆、溃浆现象。

20、另外，本发明还解决了煤矸石与粉煤灰的堆存问题，而且作为注浆灭火材料对煤矸石山的自燃起到了较好的灭火效果，同时也实现了煤矿固体废弃物变废为宝利用，对煤矸石与粉煤灰的资源化利用具有重要意义。

21、2.在本发明的一种煤矸石基惰性气体发泡复合防灭火材料中，粉煤灰选至燃煤电厂，粉煤灰经高温煅烧(约1450℃左右)，具有较强的火山灰活性，能够显著增强防灭火注浆材料的强度。

技术特征：

1.一种煤矸石基惰性气体发泡复合防灭火材料，其特征在于，原料以重量份计包括：煤矸石10-15份，粉煤灰10-15份，水泥8-10份，粘土5-10份，稳泡剂0.3-0.6份，惰性气体泡沫50-80份，水50-60份。

2.根据权利要求1所述的煤矸石基惰性气体发泡复合防灭火材料，其特征在于，原料以重量份计包括：煤矸石12-14份，粉煤灰12-14份，水泥8-9份，粘土6-8份，稳泡剂0.4-0.5份，惰性气体泡沫60-70份，水55-60份。

3.根据权利要求1或2所述的煤矸石基惰性气体发泡复合防灭火材料，其特征在于，所述粘土为沉积型高岭土；

4.根据权利要求1-3任一项所述的煤矸石基惰性气体发泡复合防灭火材料，其特征在于，所述惰性气体泡沫为氮气泡沫。

5.一种权利要求1-4任一项所述的煤矸石基惰性气体发泡复合防灭火材料的制备方法，其特征在于，包括：

6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述煤矸石、粘土和粉煤灰粉末的获取过程为：对煤矸石、粘土和粉煤灰进行破碎、研磨、筛分处理；其中，所述筛分处理后的煤矸石和粘土粉末粒径≤75μm；所述筛分处理后的粉煤灰粉末粒径≤45μm。

7.根据权利要求5或6所述的制备方法，其特征在于，所述煤矸石、粘土、粉煤灰粉末与水进行混合处理时的转速为50-100r/min，时长为5-10min。

8.根据权利要求5-7任一项所述的制备方法，其特征在于，所述混合料浆与水泥进行混合处理时的转速为50-180r/min，时长为5-10min。

9.根据权利要求5-8任一项所述的制备方法，其特征在于，所述惰性气体泡沫的获取过程为：将发泡剂与氮气储存装置进行连接，在密闭环境中利用氮气将发泡剂进行发泡处理得到。

10.根据权利要求9所述的制备方法，其特征在于，所述发泡剂为月桂酸、脂肪醇、松香皂中的至少一种；

技术总结本发明涉及防灭火材料技术领域，具体涉及一种煤矸石基惰性气体发泡复合防灭火材料及其制备方法。其中，一种煤矸石基惰性气体发泡复合防灭火材料，原料以重量份计包括：煤矸石10‑15份，粉煤灰10‑15份，水泥8‑10份，粘土5‑10份，稳泡剂0.3‑0.6份，惰性气体泡沫50‑80份，水50‑60份。本发明防灭火材料中含有的粘土可以显著增强灭火材料的耐高温性与流动性，同时结合各物质配比控制，使制得的防灭火材料的灭火性能以及阻隔作用得到显著提升，而且无跑浆、溃浆现象。技术研发人员：李杰,汤效平,王兹尧,王永申,丁小平,赵腾龙,魏然受保护的技术使用者：华电电力科学研究院有限公司技术研发日：技术公布日：2024/4/17