一种抑制煤自燃天然阻化乳化泡沫及其制备方法

本发明涉及一种抑制煤自燃天然阻化乳化泡沫及其制备方法，属于煤炭防灭火。

背景技术：

1、煤炭作为能源消费结构中的主体，它的安全开采自始至终是本行业至关重要的一环。然而，开采过程中空气与破碎煤层接触后，易在常温下发生氧化并产生热量，使矿井内温度升高，若治理不及时则会导致煤体自燃。煤的自燃一直威胁着煤炭生产和储存的安全，不仅致使煤炭资源损失，甚至会引发矿井瓦斯爆炸或火灾，造成人员伤亡和巨大财产损失。因此，矿井下煤体自燃的防治工作非常重要。

2、现阶段为解决上述存在的问题，国内外学者对此均研发出针对性的泡沫材料。如：在申请号为200910116090.x的发明专利中公开了一种防治矿井煤自燃的泡沫型阻化剂及其使用方法，通过对煤体的阻化防治煤炭自燃，这种泡沫型阻化剂虽然可以实现对煤体的阻化，但由于其含有高氯酸盐氧化剂，自氧化性强，遇热后易释放氧气，增加煤体环境中的氧含量，从而增加煤炭自燃的风险。再如申请号为201911270423.4的发明专利中公开了一种磷硅协同防灭火泡沫凝胶及其制备方法，该泡沫凝胶通过磷硅协同作用降低火源温度，从而达到对自燃火区的治理作用，虽然该泡沫凝胶能够有效实现对火区的防治，但该材料中存在正硅酸甲酯、正硅酸乙酯、十二烷基苯磺酸钠等有毒有害物质，注入后会对人体及自然环境产生不良的影响，导致环境污染。

3、基于此，如何提供一种新的泡沫型灭火材料及其制备方法，使其不仅能实现对煤炭发火的防治作用，还具有降低煤炭环境中的氧浓度，且其材料绿色环保、不会对环境造成污染，是本行业所需解决的技术问题。

技术实现思路

1、针对上述现有技术存在的问题，本发明提供一种抑制煤自燃天然阻化乳化泡沫及其制备方法，通过大豆卵磷脂、甘蔗渣溶液和酵母相结合方式，使其不仅能实现对煤炭发火的防治作用，还具有降低煤炭环境中的氧浓度，且其材料绿色环保、不会对环境造成污染。

2、为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种抑制煤自燃天然阻化乳化泡沫，按照质量份数包括以下原料：乳化剂20～30份，甘蔗渣溶液100～200份，酵母20～40份，海带粉末50～100份，水300～400份；

3、上述原料混合形成发泡液，并将发泡液与一定量的co2气体混合发泡形成阻化乳化泡沫。

4、进一步，所述乳化剂为大豆卵磷脂。

5、进一步，所述甘蔗渣溶液为粒度1000～1500目的甘蔗渣粉末与足量水充分搅拌，静置沉淀后的过滤液。

6、进一步，所述海带粉末为新鲜海带干燥后通过破碎机打磨成粒度为500～1000目的海带粉末。

7、上述抑制煤自燃天然阻化乳化泡沫的制备方法，具体步骤为：

8、①选取所需质量的乳化剂和海带粉末，并将两者完全溶解在所需质量的水中，搅拌均匀过滤得到阻化乳化液；

9、②选取所需质量酵母并将其完全融入所需质量的甘蔗渣溶液中，得到酵母-甘蔗渣混合液；

10、③步骤①制得的阻化乳化液与步骤②制得的酵母-甘蔗渣混合液混合形成发泡液，接着将发泡液和co2气体同时注入发泡器，混合发泡后制成阻化乳化泡沫。

11、进一步，通过co2气体与发泡液在发泡过程中能部分溶解于水中呈弱酸性，从而对阻化乳化泡沫的ph值进行调节；并且通过注入时co2气体的温度对阻化乳化泡沫的温度进行调整，最终co2气体的注入量使阻化乳化泡沫的ph值为5.6～6；且使阻化乳化泡沫的温度为26℃。在该条件下的阻化乳化泡沫，其乳化剂的乳化效果及酵母活性最优。

12、本发明用于防治煤自燃的具体原理如下：

13、(1)大豆卵磷脂作为乳化剂其与甘蔗渣溶液中的可溶性蛋白通过疏水作用力、氢键和范德华力结合，可以有效降低液体的表面张力，图2为乳化剂份数对液体表面影响分布图；并且海带粉末液中还有褐藻胶，具有亲水性，从而提高泡沫的完整性与稳定性；

14、(2)由于甘蔗渣溶液中含有大量的糖分，当发泡液进入温度为25～45℃的煤体环境(如采空区)中，且环境中的o2浓度较高时，甘蔗渣溶液中的大量糖分为酵母提供能量，此时通过酵母的有氧呼吸作用，如下式所示，可以有效地降低煤体环境中的氧浓度，并且有氧呼吸所产生的co2可进一步降低环境中的氧浓度，从而抑制煤体的自燃。

15、c6h12o6+6o2+6h2o→6co2+12h2o+atp

16、(3)本发明制成的发泡液与co2气流同时注入发泡器，经过发泡后形成阻化乳化泡沫，该泡沫内含有一定量的co2，当泡沫注入煤体表面破裂时，其内部co2气体排出可以有效地降低煤体周围的o2浓度，并且泡沫中的液体可润湿煤体，吸收热量，减少煤的热量积聚；同时能够使海带粉末中的阻化物质覆盖在煤体表面，由于海带粉末含有大量的氯离子，其可以有效地捕获煤体氧化所产生的自由基，从而抑制煤体的氧化自燃。

17、与现有技术相比，本发明采用大豆卵磷脂、海带粉末、甘蔗渣溶液和酵母相结合方式，从而形成用于抑制煤自燃天然阻化乳化泡沫，其具有以下优势：

18、①本发明采用的大豆卵磷脂属于食品级乳化剂，绿色安全无污染，符合环保要求。

19、②本发明采用的甘蔗渣溶液中含有可溶性蛋白、糖分以及维生素；其中可溶性蛋白与大豆卵磷脂作用，有效地降低液体的表面张力(如图2所示)，使泡沫的稳定性增强；并且海带粉末中的褐藻胶具有亲水性，可以进一步稳定泡沫的形成；糖分可为酵母的呼吸作用提供能量；维生素作为还原物质可以有效地提供还原环境，降低环境中氧化物的含量，抑制煤体氧化自燃。

20、③本发明采用的酵母利用其自身特性，在煤体环境氧浓度较低且温度较低时，其有氧呼吸也比较缓慢(即消耗的糖分也较少)，这一特性能保持酵母在未发生煤自燃的区域具有较长时间的活性；当煤体环境氧浓度较高且温度升高时，此时酵母活性增加，酵母利用甘蔗渣溶液中的糖分进行高效的有氧呼吸，能消耗环境中的o2，释放co2，从而有效地降低环境中的氧浓度，抑制煤体氧化自燃。

21、④本发明的阻化乳化泡沫内含有一定量的co2，当泡沫注入煤体表面破裂时，其内部co2气体排出可以有效地降低煤体周围的o2浓度，并且泡沫中的液体可润湿煤体，吸收热量，减少煤的热量积聚；同时能够使发泡液中海带粉末的阻化物质覆盖在煤体表面，由于海带粉末含有大量的氯离子，其可以有效地捕获煤体氧化所产生的自由基，从而抑制煤体的氧化自燃。

技术特征：

1.一种抑制煤自燃天然阻化乳化泡沫，其特征在于，按照质量份数包括以下原料：乳化剂20～30份，甘蔗渣溶液100～200份，酵母20～40份，海带粉末50～100份，水300～400份；

2.根据权利要求1所述抑制煤自燃天然阻化乳化泡沫，其特征在于，所述乳化剂为大豆卵磷脂。

3.根据权利要求1所述抑制煤自燃天然阻化乳化泡沫，其特征在于，所述甘蔗渣溶液为粒度1000～1500目的甘蔗渣粉末与足量水充分搅拌，静置沉淀后的过滤液。

4.根据权利要求1所述抑制煤自燃天然阻化乳化泡沫，其特征在于，所述海带粉末为新鲜海带干燥后通过破碎机打磨成粒度为500～1000目的海带粉末。

5.一种根据权利要求1至4任一项所述抑制煤自燃天然阻化乳化泡沫的制备方法，其特征在于，具体步骤为：

6.根据权利要求5所述抑制煤自燃天然阻化乳化泡沫的制备方法，其特征在于，所述co2气体的注入量需使阻化乳化泡沫的ph值为5.6～6；且co2气体的温度需使阻化乳化泡沫的温度为26℃。

技术总结本发明公开了一种抑制煤自燃天然阻化乳化泡沫及其制备方法，包括：乳化剂、甘蔗渣溶液、酵母、海带粉末和水；将原料混合后与CO<subgt;2</subgt;气体混合发泡形成阻化乳化泡沫。其中大豆卵磷脂与甘蔗渣溶液中的可溶性蛋白通过疏水作用力、氢键和范德华力结合，能有效降低液体的表面张力，并且海带中的褐藻胶具有良好亲水性，提高了泡沫的完整性与稳定性；甘蔗渣溶液中的糖分为酵母有氧呼吸提供能量，有效降低煤体环境中的氧浓度，从而抑制煤体的自燃。另外阻化乳化泡沫内含有一定量CO<subgt;2</subgt;，当其排出时也能有效地降低煤体周围的氧浓度，并且由于海带中含有大量氯离子物质，发泡时赋存在泡沫中，注入采空区破裂后覆盖在煤体表面，起到抑制煤体氧化自燃的效果。技术研发人员：鲁义,蔡新平,邵淑珍,谷旺鑫,颜晴琼,李治,潘伟受保护的技术使用者：湖南科技大学技术研发日：技术公布日：2024/7/9