一种新型水凝胶煤田防灭火材料及其使用方法与流程

本发明涉及地表煤田火防灭火领域，尤其涉及一种新型水凝胶煤田防灭火材料及其使用方法。

背景技术：

我国是世界上煤田火最为严重的国家，每年因煤田自燃发火直接燃烧的煤炭量达2000万吨以上，其中以新疆和山西等地最为严重，不仅造成巨大的经济损失，同时对生态环境造成严重危害。根据《煤田火灾灭火规范》(2010年)，煤田火防灭火的常用技术工艺包括剥离、注水、钻探、注浆、覆盖等。其中，注浆和覆盖作为防治煤田火的主要工艺，对于防治煤田自燃具有十分重要的意义。但由于目前针对煤田火的注浆材料主要以公开号cn105801059b和cn109758707a专利中所提出的水泥基胶凝材料为主，由于水泥基胶凝材料存在注浆阻力大，受热龟裂及成本高且现场施工效果稳定性差等问题，严重影响煤体防灭火效果。公开号为cn106902487a的专利在此基础上，通过加入丙烯酰胺等吸水材料，改性水泥基胶凝材料含水性能，从而提高普通水泥基胶凝材料的防灭火效果。除此之外，公开号为cn111214799a和cn111019047a的专利分别提出了矿用水性凝胶防灭火材料的制备方法，通过利用材料自身含水及粘结特性实现对发火煤的隔氧、降温和阻燃作用，但由于制作工艺复杂，成本高，保水及重复吸水性能差，初期注浆阻力大等，难以对煤田火的复燃起到较好的治理效果。

技术实现要素：

基于上述技术问题，本发明提出一种新型水凝胶煤田防灭火材料及其使用方法，其具有重复保水和吸水性能好、可喷注性强、阻燃性能优越、成本低廉和施工便捷等优势。

本发明所采用的技术解决方案是：

一种新型水凝胶煤田防灭火材料，其是由防灭火干料与水按料水质量比2～3:100混合制成；

所述防灭火干料按质量百分比由复合型环保水凝胶材料80～85％、复合型抗酶防腐剂5～10％和复合型卤盐10～15％组成；

所述复合型环保水凝胶材料按质量百分比由速溶型聚阴离子纤维素40～60％、高粘聚丙烯酰胺0.5～1.5％和高吸水树脂38.5～58.5％组成；

所述复合型抗酶防腐剂按质量百分比由丙酸钙30～40％、山梨酸钾15～30％、苯甲酸钙15～20％和脱氢乙酸15～30％组成。

上述速溶聚阴离子纤维素可选择主要由经过乙二醛表面处理且2％水溶液粘度大于8万mpa·s的不同凝胶点聚阴离子纤维素复配组成。

上述高吸水树脂可选择主要由30～80目的颗粒型粘性高吸水树脂组成。

优选的，上述复合型卤盐按质量百分比由氯化钙50～70％和氯化钠30～50％组成。

如上所述的一种新型水凝胶煤田防灭火材料的使用方法，包括以下步骤：

将各原料按上述质量百分比复配得到防灭火干料，再将防灭火干料与水按料水质量比2～3:100的比例混合，搅拌3～5min形成均匀的初期水凝胶，随后将初期水凝胶通过高压注浆泵喷注于自然煤田的上覆表面，待水凝胶在10～20min内发生相变并形成稳定的凝胶后用黄土覆盖。

本发明的有益技术效果如下：

(1)本发明所提供的新型水凝胶煤田防灭火材料具有良好的保水性能，在煤体表面形成一定厚度的防水膜，可快速降低煤田火区温度，有效阻止空气流动，从而抑制了煤的自燃。

(2)本发明所提供的新型水凝胶煤田防灭火材料具有良好的反复吸水性能，随着水分的逐渐蒸发，凝胶逐渐失水形成薄膜状防护层，仍然具有良好的隔氧效果，且在重复吸收水分后可快速再次形成水凝胶，有效阻止煤田火的反复复燃。

(3)本发明所提供的新型水凝胶煤田防灭火材料具有良好的阻化性能，水分被自燃煤体吸收后，凝胶中所含的复合卤型盐有效减少了煤氧化反应中的官能团，并有助于阻止煤体的自由基反应，从而达到抑制煤体氧化反应的速度。

(4)本发明所提供的新型水凝胶煤田防灭火材料使用过程中，料水质量比仅为2～3:100，使用量少，成本低，施工简便，性能可调，有效提高煤田火防灭火效果并降低煤田火防治成本。

具体实施方式

本发明涉及一种新型水凝胶煤田防灭火材料及使用方法。该材料主要由复合型环保水凝胶材料80～85％、复合型抗酶防腐剂5～10％和复合型卤盐10～15％组成。其中，复合型环保水凝胶由速溶聚阴离子纤维素40～60％、高粘聚丙烯酰胺0.5～1.5％、高吸水树脂38.5～58.5％组成；复合型抗酶防腐剂主要由丙酸钙30～40％、山梨酸甲20～25％、苯甲酸钙15～20％和脱氢乙酸25～30％组成；复合型卤盐由氯化钙50～70％和氯化钠30～50％组成。该材料的使用方法是将新型水凝胶煤田防灭火材料与水按料水质量比为2～3:100混合后，搅拌3～5min形成均匀的初期水凝胶，通过高压注浆泵将形成的初期水凝胶均匀喷洒于自然煤田上覆表面，并用黄土覆盖。本发明防灭火材料具有良好的反复高吸水性、保水性、高粘性、相变性及阻化性等物理化学特性，不仅可以对已自燃煤层起到良好的隔氧、阻燃、降温等灭火作用，同时还可在反复吸水后有效遏制后期煤田火的复燃。此外，本发明材料的施工过程还具有成本低，使用量小，可喷注性强、施工便捷及绿色环保等优点，可以有效实现煤田火防治过程“降本增效”的目标。

下面通过具体实施例对本发明作进一步说明。

实施例1

(1)新型水凝胶煤田防灭火材料质量配比

干料∶水＝2∶100；其中，干料配比为复合型环保水凝胶材料∶复合型抗酶防腐剂∶复合型卤盐＝80∶10∶10；其中，复合型环保水凝胶配比为速溶型聚阴离子纤维素∶高粘聚丙烯酰胺∶高吸水树脂＝50∶1.5∶48.5；其中，复合型抗酶防腐剂配比为丙酸钙∶山梨酸钾∶苯甲酸钙∶脱氢乙酸＝40∶20∶15∶25；其中，复合型卤盐的配比为氯化钙∶氯化钠＝70∶30。

(2)新型水凝胶煤田防灭火材料使用方法

将料水比为2:100的新型水凝胶煤田防灭火材料与水混合后，搅拌3～5min，将初期形成的水凝胶液由高压注浆均匀喷注于煤体表面，10～20min后，待水凝胶继续凝胶化形成稳定高粘凝胶后，覆盖黄土层，完成防灭火施工。

实施例2

(1)新型水凝胶煤田防灭火材料质量配比

干料∶水＝3∶100；其中，干料配比为复合型环保水凝胶材料∶复合型抗酶防腐剂∶复合型卤盐＝80∶10∶10；其中，复合型环保水凝胶配比为速溶型聚阴离子纤维素∶高粘聚丙烯酰胺∶高吸水树脂＝40∶1.5∶58.5；其中，复合型抗酶防腐剂配比为丙酸钙∶山梨酸钾∶苯甲酸钙∶脱氢乙酸＝30∶30∶15∶25；其中，复合型卤盐的配比为氯化钙∶氯化钠＝50∶50。

(2)新型水凝胶煤田防灭火材料使用方法

将料水比为3∶100的煤田水凝胶防灭火材料与水混合后，搅拌3～5min，将初期形成的水凝胶液由高压注浆均匀喷注于煤体表面，10～15min后，待水凝胶继续凝胶化形成稳定高粘凝胶后，覆盖黄土层，完成防灭火施工。

上述实施例虽然给出了本发明的部分实施方式，但对于本领域技术人员而言，在不脱离本发明的基本原理条件下，仅对实施例做出成分比例变化和修改，同类型材料替换等，均属于本发明所属权利要求范围之内。

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