一种可固化防灭火三相泡沫材料、制备方法及应用技术

本发明专利技术提供一种可固化防灭火三相泡沫材料、制备方法及应用，包括以下原料组分：以质量百分比计，水泥7～39％，煤矸石38～70％，水20～25％，惰性气体0.1～0.5％和起泡剂0.05～0.1％，各组分的质量百分比合计为100％。本发明专利技术的可固化防灭火三相泡沫材料是一种由固液气三相体系组成的泡沫材料，具有低密度、高稳定性、以及优异的抗压强度，综合了注浆防灭火和注惰性气体防灭火的优势，将三相泡沫稳定固化于着火区域，既可以实现有效灭火，又可以将惰性固体长期覆盖在着火区域，隔绝煤层与氧气，防止复燃。防止复燃。防止复燃。

【技术实现步骤摘要】
一种可固化防灭火三相泡沫材料、制备方法及应用


[0001]本专利技术属于无机非金属材料领域，涉及固体废料，具体涉及一种可固化防灭火三相泡沫材料、制备方法及应用。

技术介绍

[0002]煤矸石是煤炭洗选过程中产生的固体废物，矸石长期堆放不仅会造成土地占用、空气粉尘污染，矸石中含有的部分有害物质还会造成土地破坏，因此，煤矸石处置直接关乎煤矿的可持续发展以及生存家园的保护。目前，煤矸石的主要处置手段为填埋、制作建材等，考虑处理成本及环境效益，注浆充填具有低成本高收益的特性，但这项技术亟需开发更多的新技术工艺来丰富煤矸石处置手段，增加煤矸石处置能力。
[0003]煤自燃是煤矿开采过程中的主要灾害之一，煤自燃不仅会造成资源浪费，而且可能会引发破坏程度更大的伴生事故，威胁井下矿工的生命安全，同时也可能导致设备损坏造成巨大的经济损失。近年来，煤自燃灾害防治技术主要采用注水、注浆和注惰性气体的技术，其中注水注浆技术成本低工艺简单，水或浆液注入自燃区域达到灭火目的，但是水或者浆液会向着地势低的地方流动，易跑浆溃浆，同时这两种材料扩散覆盖能力低，不能对着火区域实现有效覆盖，自燃区域易发生二次自燃；相比于注浆或注水，注惰性气体可以快速阻隔氧气与自燃区域接触、迅速实现灭火，而且气体的渗透扩散能力强，可充斥自燃区域的整个空间、增强了灭火效果和范围，但是这种技术成本过高、灭火效果不能维持较长时间。
[0004]针对现有防灭火技术的不足，一些学者提出以固体粉料、水及惰性气体复合为三相泡沫材料进行灭火，但这项技术目前仍存在以下缺陷：原料单一、泡沫稳定性差、起泡设备较为复杂、无法长期固结于自燃区域、不能长久阻隔煤层与氧气接触。

技术实现思路

[0005]针对现有技术存在的不足，本专利技术的目的在于，提供一种可固化防灭火三相泡沫材料、制备方法及应用，综合注浆防灭火和注惰性气体防灭火的优势，将三相泡沫稳定固化于着火区域，既可以实现有效灭火，又可以将惰性固体长期覆盖在着火区域，隔绝煤层与氧气，防止复燃。
[0006]为了解决上述技术问题，本专利技术采用如下技术方案予以实现：
[0007]一种可固化防灭火三相泡沫材料，包括以下原料组分：以质量百分比计，水泥7～39％，煤矸石38～70％，水20～25％，惰性气体0.1～0.5％和起泡剂0.05～0.1％，各组分的质量百分比合计为100％。
[0008]本专利技术还具有如下技术特征：
[0009]具体的，所述煤矸石包括以下原料组分，以质量百分比计，SiO
2 55.1～68.3％，Al2O
3 14.2～30.7％，Fe2O
3 1.4～8.1％，CaO 0.7～4.7％，MgO 0.5～1.3％，K2O2.1～2.9％，TiO
2 0.4～0.9％，其他微量组分1.5～2.5％，各组分的质量百分比合计为100％。
[0010]更进一步的，所述起泡剂以质量百分比计，由10％～20％月桂酸、10％～20％硬脂
酸钙、60～80％松香皂复配得到，所述惰性气体为氮气或二氧化碳。
[0011]更进一步的，所述可固化防灭火三相泡沫材料的表观密度为600～900kg/m3，初凝时间为24～36h，终凝时间为48～72h，发泡倍数为1.5～3倍，抗压强度为1～6Mpa。
[0012]本专利技术还保护一种如上所述的可固化防灭火三相泡沫材料的制备方法，该方法包括以下步骤：
[0013]步骤1、在搅拌容器中，将煤矸石粉末、水泥和水在50～100r/min速率下混合得到混合浆液；
[0014]步骤2、向混合浆液中添加起泡剂并以100～200r/min速率继续高速搅拌，在高速搅拌过程中，惰性气体经压缩机增压至0.1Mpa后由搅拌容器底部注入混合浆液，搅拌5～10分钟得到可固化防灭火三相泡沫材料；
[0015]其中，以质量百分比计，水泥7～39％、煤矸石38～70％、水20
‑
25％、惰性气体0.1～0.5％，月桂酸0.01～0.03％、硬脂酸钙0.01～0.03％和松香皂0.04～0.08％各组分的质量百分比合计为100％。
[0016]可选的，包括以下步骤：
[0017]步骤1、在搅拌容器中，将煤矸石粉末、水泥和水在70r/min速率下混合得到混合浆液；
[0018]步骤2、向混合浆液中添加起泡剂并以150r/min速率继续高速搅拌，在高速搅拌过程中，惰性气体经压缩机增压至0.1Mpa后由搅拌容器底部注入混合浆液，搅拌5分钟得到可固化防灭火三相泡沫材料；
[0019]其中，以质量百分比计，煤矸石38.3％、水泥38.3％、水23.1％、惰性气体0.2％、月桂酸0.02％、0.02％硬脂酸钙和松香皂0.06％。
[0020]本专利技术还保护上述的可固化防灭火三相泡沫材料用于煤矿井下防灭火的应用；或上述的可固化防灭火三相泡沫材料的制备方法制备得到的可固化防灭火三相泡沫材料用于煤矿井下防灭火的应用。
[0021]本专利技术与现有技术相比，具有如下技术效果：
[0022](Ⅰ)本专利技术的可固化防灭火三相泡沫材料是一种由固液气三相体系组成的泡沫材料，具有低密度、高稳定性、以及优异的抗压强度，能够直接用煤矿防灭火，注浆后可长期固结于着火区域，防止复燃。
[0023](Ⅱ)本专利技术的制备方法，利用水泥和煤矸石复合后产生的胶结性，以及粉体表面改性技术，利用高速搅拌将空气自然引入包裹在浆液中，实现了煤矸石颗粒稳定负载于气泡表面而形成气泡三相材料，无需额外增加加压鼓泡设备，材料制备简单，降低了三相泡沫防灭火材料的制备成本。
附图说明
[0024]图1为实施例1得到的煤堆一氧化碳浓度随时间的变化曲线；
[0025]图2为对比例1得到的煤堆一氧化碳浓度随时间的变化曲线；
[0026]图3为对比例2得到的煤堆一氧化碳浓度随时间的变化曲线；
[0027]以下结合附图和实施例对本专利技术的具体内容作进一步详细说明。
具体实施方式
[0028]下面将对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，任何本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0029]需要说明的是，本专利技术中的所有原材料，在没有特殊说明的情况下，均采用本领域已知的原材料。
[0030]煤矸石为煤炭开采的固体废弃物，经破碎、磨粉、筛分处理后磨粉得到煤矸石粉末。
[0031]本申请的技术构思为：以水泥、煤矸石、水、起泡剂为原料，采用复合活化和机械发泡工艺，以质量百分比计，水泥7～39％，煤矸石38～70％，水20～25％，惰性气体0.1～0.5％和起泡剂0.05～0.1％，各组分的质量百分比合计为100％，制备出可固化的三相泡沫材料，并用于煤矿防灭火。
[0032]该材料具有低密度、高稳定性和优异的流动性，在制备过程中，可将少量惰性气体，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种可固化防灭火三相泡沫材料，其特征在于，包括以下原料组分：以质量百分比计，水泥7～39％，煤矸石38～70％，水20～25％，惰性气体0.1～0.5％和起泡剂0.05～0.1％，各组分的质量百分比合计为100％。2.如权利要求1所述的可固化防灭火三相泡沫材料，其特征在于，所述煤矸石包括以下原料组分，以质量百分比计，SiO
2 55.1～68.3％，Al2O
3 14.2～30.7％，Fe2O
3 1.4～8.1％，CaO 0.7～4.7％，MgO 0.5～1.3％，K2O 2.1～2.9％，TiO
2 0.4～0.9％，其他微量组分1.5～2.5％，各组分的质量百分比合计为100％。3.如权利要求1所述的可固化防灭火三相泡沫材料，其特征在于，所述起泡剂以质量百分比计，由10％～20％月桂酸、10％～20％硬脂酸钙、60～80％松香皂复配得到，所述惰性气体为氮气或二氧化碳。4.如权利要求1所述的可固化防灭火三相泡沫材料，其特征在于，所述可固化防灭火三相泡沫材料的表观密度为600～900kg/m3，初凝时间为24～36h，终凝时间为48～72h，发泡倍数为1.5～3倍，抗压强度为1～6Mpa。5.如权利要求1所述的可固化防灭火三相泡沫材料，其特征在于，包括以下原料组分：以质量百分比计，煤矸石38.3％、水泥38.3％、水23.1％、惰性气体0.2％、月桂酸0.02％、0.02％硬脂酸钙和松香皂0.06％。6.权利要求1～5任一所述的可固化防灭火三相泡...

【专利技术属性】
技术研发人员：王存飞，王海军，马灵军，武博强，冯晓斌，吴璋，迟国铭，张立国，
申请(专利权)人：国能神东煤炭集团有限责任公司，
类型：发明
国别省市：