煤矿井下破碎煤体堵漏防火剂.pdf

本发明涉及一种适用于煤矿井下破碎煤体堵漏防火剂。其特征是由以下重量配比的材料制成：可生成凝胶材料∶氢氧化钙∶氯化镁或氯化钠∶载体介质＝0.5～1∶6～8∶1～4∶70～90；可生成凝胶材料从二氧化硅、硅酸钠、偏硅酸钠、铝硅酸钠、偏铝酸钠或铝酸钠中选择；载体介质是水。优点是减少了材料配比中原料的数量和用量，降低了成本；材料价格低廉，在储运方面要求条件低，且现场操作简便，无需另增加设备施工，易于推广；防治煤炭自燃效果好，施用后在2个月之内不会干裂、漏风；适用范围广，能满足综采工作面搭建拦浆、堵有害气体泄漏防火墙、注胶、喷涂煤体表面等不同地点防火的要求；满足了煤矿井下现场实施综合防火措施的需要。

1.  一种煤矿井下破碎煤体堵漏防火剂，其特征是所述的堵漏防火剂由以下重量配比的材料制成：
可生成凝胶材料∶氢氧化钙∶氯化镁或氯化钠∶载体介质＝0.5～1∶6～8∶1～4∶70～90；
可生成凝胶材料从二氧化硅、硅酸钠、偏硅酸钠、铝硅酸钠、偏铝酸钠或铝酸钠中选择；
载体介质是水。

2.  按照权利要求1所述的煤矿井下破碎煤体堵漏防火剂，其特征是在煤矿井下构建快速拦浆防火墙时，材料的重量配比是：
可生成凝胶材料∶氢氧化钙∶氯化镁或氯化钠∶水＝0.5～1∶6～8∶1～2∶80～90。

3.  按照权利要求1所述的煤矿井下破碎煤体堵漏防火剂，其特征是在煤矿井下喷涂煤体表面时，材料的重量配比是：
可生成凝胶材料∶氢氧化钙∶氯化镁或氯化钠∶水＝0.5～1∶6～7∶3～4∶70～80。

4.  按照权利要求1所述的煤矿井下破碎煤体堵漏防火剂，其特征是在煤矿井下向破碎煤体注胶或压碎的煤柱进行打钻注胶时，材料的重量配比是：
可生成凝胶材料∶氢氧化钙∶氯化镁或氯化钠∶水＝0.5～1∶6～7∶2～3∶70～80。

5.  按照权利要求1、2、3或4所述的煤矿井下破碎煤体堵漏防火剂的用法，其特征是该堵漏防火剂的用法分别为：
(1)需要在煤矿井下构建快速拦浆防火墙时，按需称量配量的可生成凝胶材料、氢氧化钙和氯化镁或氯化钠，防火剂自身混匀，再添加堵漏防火剂重量8～9倍量的碎煤，继续混匀，装编织袋垛砌成防火墙体，向混合物编织袋中注加配量水，堵漏防火剂吸水反应继续膨胀，最终将间隙封堵；
(2)需要在煤矿井下喷涂煤体表面时，按需称量配量的可生成凝胶材料、氢氧化钙和氯化镁或氯化钠，堵漏防火剂自身混匀，搅拌下加入配量水中，继续搅拌至形成凝胶状态，用花洒式喷头，均匀喷洒于需要覆盖的媒体表面；
(3)需要在煤矿井下向破碎煤体注胶或压碎的煤柱进行打钻注胶时，按需称量配量的可生成凝胶材料、氢氧化钙和氯化镁或氯化钠，堵漏防火剂自身混匀，搅拌下加入配量水中，继续搅拌至形成凝胶状态，用高压注浆泵压入，至钻孔或破碎煤体灌透，裂隙有溢出时停止。

煤矿井下破碎煤体堵漏防火剂
技术领域
本发明属于煤矿安全技术范畴，具体涉及一种适用于煤矿井下破碎煤体堵漏防火剂。
特别适用于作业面煤层厚于1.3m以上的中厚煤层，瓦斯相对涌出量大于10m3/t，绝对涌出量大于40m3/min的高瓦斯矿井和采用综采放顶煤工艺的煤矿井下防治自然发火的需要。
背景技术
煤矿内因火灾(自燃或称自然发火)发生的主要原因，是被开采的煤呈破碎和煤体裂隙状态下，井下通风创造了向破碎煤体内漏风、供氧的条件，煤在有稳定的供氧条件下，不断氧化、发热、储热、升温、热量聚积，至达到自燃点而发生火灾。
存在煤炭自燃发火的主要地点
一是在中厚煤层开采工艺多数采用综采放顶煤工艺
综采放顶煤工艺，其回采率在70％左右，尚有30％左右的煤遗留在采完区。为了提高回采率，工作面与工作面之间只留5～6米的煤体作煤柱，第一个面采完后相邻的第二个面开采时由于受采动影响、顶板来压易将5～6m厚的煤柱压酥、碎裂，造成向第一个面的采空区及本身的煤柱漏风，形成破碎煤体氧化、自燃；
二是在中厚煤层的高瓦斯矿井
高瓦斯矿井为了冲淡瓦斯，工作面配风量多数在2000～3000m³/min，使工作面在进风隅角形成射流，经现场多次测定，在工作面至采空区60m范围内形成充足的供氧带，据国内资料统计，工作面采空区煤炭自燃有70％以上是在进风隅角的采空区范围内。同时射入采空区的风流，还将采空区内的高浓度瓦斯及其它有害气体带入工作面及回风隅角，造成瓦斯及其它有害气体超限，条件合适时引起发火、自燃；
三是工作面的开采和停采地点
距工作面的开切眼及停采线10～30m范围内不能放顶煤，造成大量遗煤，破碎煤体不断氧化、蓄热，条件合适时引起发火、自燃。
在防止煤炭自燃的现有技术中，较为先进的是采用凝胶阻化剂，但也存在不少问题：
水玻璃——铵盐凝胶产生有毒有味的氨气，高分子凝胶或泡沫树脂成本高，工艺复杂。
授权公告号CN1126806C名称为《矿中防止煤炭自燃的凝胶阻化剂》，材料价廉易得，制作和使用方便快捷，在无机凝胶阻化剂方面前进了一大步。但是，材料配比中化学原料的份额还有可能再降低，且阻化剂防护时限还有可能继续延长。
本申请是在上述专利基础上的继续改进，在保证使用效果的前提下，进一步简化、减少了材料配比中化学原料的品种、份额，进一步降低了成本；性能继续改进，防护时间进一步延长。
发明内容
本发明的目的，就是对上述现有技术继续改进，研制的一种适用于煤矿井下破碎煤体堵漏防火剂。
本申请的技术方案是：
研制一种煤矿井下破碎煤体堵漏防火剂，其特征是所述的堵漏防火剂由以下重量配比的材料制成：
可生成凝胶材料∶氢氧化钙∶氯化镁或氯化钠∶载体介质＝0.5～1∶6～8∶1～4∶70～90；
可生成凝胶材料从二氧化硅、硅酸钠、偏硅酸钠、铝硅酸钠、偏铝酸钠或铝酸钠中选择；
载体介质是水。
上述的煤矿井下破碎煤体堵漏防火剂，其特征是在煤矿井下构建快速拦浆防火墙时，材料的重量配比是：
可生成凝胶材料∶氢氧化钙∶氯化镁或氯化钠∶水＝0.5～1∶6～8∶1～2∶80～90。
上述的煤矿井下破碎煤体堵漏防火剂，其特征是在煤矿井下喷涂煤体表面时，材料的重量配比是：
可生成凝胶材料∶氢氧化钙∶氯化镁或氯化钠∶水＝0.5～1∶6～7∶3～4∶70～80。
上述的煤矿井下破碎煤体堵漏防火剂，其特征是在煤矿井下向破碎煤体注胶或压碎的煤柱进行打钻注胶时，材料的重量配比是：
可生成凝胶材料∶氢氧化钙∶氯化镁或氯化钠∶水＝0.5～1∶6～7∶2～3∶70～80。
本发明的煤矿井下破碎煤体堵漏防火剂的用法，其特征是该堵漏防火剂的用法分别为：
(1)需要在煤矿井下构建快速拦浆防火墙时，按需称量配量的可生成凝胶材料、氢氧化钙和氯化镁或氯化钠，防火剂自身混匀，再添加防火剂重量8～9倍量的碎煤，继续混匀，装编织袋垛砌成防火墙体，向混合物编织袋中注加配量水，防火剂吸水反应继续膨胀，最终将间隙封堵；
(2)需要在煤矿井下喷涂煤体表面时，按需称量配量的可生成凝胶材料、氢氧化钙和氯化镁或氯化钠，防火剂自身混匀，搅拌下加入配量水中，继续搅拌至形成凝胶状态，用花洒式喷头，均匀喷洒于需要覆盖的媒体表面；
(3)需要在煤矿井下向破碎煤体注胶或压碎的煤柱进行打钻注胶时，按需称量配量的可生成凝胶材料、氢氧化钙和氯化镁或氯化钠，防火剂自身混匀，搅拌下加入配量水中，继续搅拌至形成凝胶状态，用高压注浆泵压入，至钻孔或破碎煤体灌透，裂隙有溢出时停止。
与现有技术比较本发明的优点是：
1.进一步简化、减少了材料配比中原料的数量和用量，进一步降低了成本；现有技术堵漏防火剂的成本1.5～2万元±/吨；本申请的堵漏防火剂成本≤500元/吨。
2.所用材料价格低廉，并在储藏、运输方面要求条件低，易保存和运输，且现场操作简便，无需另增加设备施工，易于推广。
3.防治煤炭自燃效果好，施用后在2个月之内不会干裂、漏风。
4.适用范围广，能满足综采工作面搭建拦浆、堵有害气体泄漏防火墙、注胶、喷涂煤体表面等不同地点防火的要求；满足了煤矿井下现场实施综合防火措施的需要。
具体实施方式
实施例1  构建工作面进、回风隅角建快速拦浆、堵采空区有害气体泄漏、防火墙
材料：二氧化硅，市售商品，细度200目；氢氧化钙，生石灰消化制备，细度50～100目；氯化镁，市售商品，细度100目；载体介质，常水。
材料的重量配比是：二氧化硅∶氢氧化钙∶氯化镁∶水＝0.5∶6∶1∶80；
用法：
按需称量配量的二氧化硅、氢氧化钙和氯化镁，防火剂自身混匀，再添加防火剂重量8～9倍量的碎煤，继续混匀，在工作面进、回风隅角建快速拦浆、堵采空区有害气体泄漏、防火墙时，作为砌筑墙体的材料，装编织袋垛砌成防火墙体，向混合物编织袋中注加配量水，防火剂吸水反应继续膨胀，成胶时间在30min以内，最终将间隙封堵。
在存有煤层自燃倾向且高瓦斯矿井，每10～20m就需建一道，采用本申请技术，建成的防火墙受压不开裂，具有很好的渗透堵漏功能；凝胶成胶过程是一个吸热过程，具有吸热降温功能。既节省人工又节约材料费，且速度快，容易施工，收到了很好的效果。
某矿统计，每月每个采煤工作面需用凝胶纺火剂6～8T；本发明破碎煤体堵漏防火剂与现有技术比较，按每吨最低可节约1.5万元计算，每年可节约100万元以上，取得了较好的经济效益。其次，在现场的使用极大的改善了矿井生产环境，保障了职工的身心健康，收到了很好的社会效益。
实施例2  构建工作面进、回风隅角建快速拦浆、堵采空区有害气体泄漏、防火墙
材料的重量配比是：硅酸钠∶氢氧化钙∶氯化钠∶水＝1∶8∶2∶90；
采用氯化钠代替氯化镁，其余同实施例1。
实施例3  制备喷洒(涂)煤体表面的堵漏防火剂
材料的重量配比是：偏硅酸钠∶氢氧化钙∶氯化镁∶水＝0.5∶6∶3∶70。
用法：按需称量配量的偏硅酸钠、氢氧化钙和氯化镁，防火剂自身混匀，搅拌下加入配量水中，继续搅拌至形成凝胶状态，用花洒式喷头，均匀喷洒于需要覆盖的媒体表面；
成胶前为可流动液体，成胶后呈凝胶状，无毒、无味，成胶时间0.5～10min，可以按需调节。
喷洒(涂)煤体表面后，最终形成的浆状凝胶，能有效覆盖于煤体表面，包裹煤体增加气密性，隔绝煤和空气的接触，降低煤的吸氧能力；其中的氢氧化钙组份，能和煤体内容易自燃的成分反应，生成不易自燃的盐类；本申请的制得的溶液浸润煤体，增加煤的外在水份，吸热冷却时能起到吸热降温作用，降低煤的氧化活性。使用后在60天内仍然成胶状粘附在煤体表面，阻止煤与空气中氧气的接触氧化，延长自燃发火期。需要时，可以再次或多次喷洒，以延长其防火作用。
实施例4  制备喷洒(涂)煤体表面的堵漏防火剂
材料重量配比是：铝硅酸钠∶氢氧化钙∶氯化钠∶水＝1∶7∶4∶80。其余同实施例3。
实施例5  制备作为向破碎煤体注胶或向压碎的煤柱进行打钻注胶用的凝胶
材料的重量配比是：∶氢氧化钙∶氯化镁∶水＝0.5∶6∶2∶70。
用法：按需称量配量的偏铝酸钠、氢氧化钙和氯化镁钠，防火剂自身混匀，搅拌下加入配量水中，继续搅拌至形成凝胶状态；成胶前为可流动液体，成胶后呈凝胶状，无毒、无味，成胶时间0.5～10min，可以按需调节。
每隔10～15m钻孔灌浆，用高压注浆泵压入，至钻孔或破碎煤体灌透，裂隙有溢出时停止。使用后在60天内仍然成胶状，阻止煤与空气中氧气的接触氧化，延长自燃发火期。需要时，可以再次或多次喷洒，以延长其防火作用。
实施例6  制备作为向破碎煤体注胶或向压碎的煤柱进行打钻注胶用的凝胶
材料重量配比是：铝酸钠∶氢氧化钙∶氯化钠∶水＝1∶7∶3∶80。其余同实施例5。