本發(fā)明屬于功能材料技術(shù)領(lǐng)域，更具體的涉及一種防滅火材料，尤其是一種礦用防滅火高分子材料、礦用防滅火凝膠材料及其用途。

背景技術(shù)：

當前，全國煤礦中有56%的礦井存在煤層自然發(fā)火危險，而特厚煤層開采的自然發(fā)火更為嚴重，煤炭自然已成為制約我國煤炭工業(yè)安全生產(chǎn)和發(fā)展的主要災(zāi)害之一。

目前預(yù)防和治理煤炭自燃最重要的方法是采用注漿、充填、噴涂等措施，減少或隔絕漏風，從而起到防治煤炭自燃的作用。目前常用的防治煤炭自燃的注漿充填材料主要有：黃泥漿、粉煤灰、水玻璃凝膠、聚丙烯酰胺凝膠、聚丙烯酸鈉凝膠、脲醛樹脂泡沫、酚醛樹脂泡沫和聚氨酯泡沫，這些材料在防治煤炭自燃方面發(fā)揮了重要作用，但也存在著一定的不足，各材料在防治煤炭自燃方面的具體優(yōu)缺點如下：

黃泥漿、粉煤灰：主要用于采空區(qū)預(yù)防性灌漿，優(yōu)點是成本低、效果良好，確定是不適合在缺水、少土地區(qū)使用，這嚴重限制了黃泥漿、粉煤灰在煤炭自燃防治方面的應(yīng)用范圍。

水玻璃凝膠：采用水玻璃和銨鹽反應(yīng)，可形成凝膠，注入煤巖裂隙，可防止漏風，效果良好。但缺點是易脫水收縮，直至粉化，堵漏作用會逐步消失，無法達到長久的堵漏效果。

聚丙烯酰胺、聚丙烯酸鈉凝膠：是近年來發(fā)展起來的新材料，含有0.5%左右的水溶液，具有較高的粘度，注入煤巖裂隙，可防止漏風，效果良好。但現(xiàn)有技術(shù)中，基于聚丙烯酰胺、聚丙烯酸鈉凝膠的防滅火材料均是使用單一的聚丙烯酰胺或聚丙烯酸鈉和水進行混合形成凝膠，所形成的凝膠沒有強度，不但不能增加煤巖強度，而且不能封堵較大的裂隙，同時容易脫落，防滅火效果一般。

脲醛樹脂泡沫、酚醛樹脂泡沫：這兩種泡沫材料主要用于巷幫噴涂，防止漏風，但易脫水，形成裂紋，從而影響堵漏效果。

聚氨酯泡沫：這種泡沫材料主要用于巷幫噴涂、構(gòu)筑快速密閉墻，但成本較高，耐火性能差。

因此現(xiàn)有技術(shù)用于煤炭自燃防治中的防滅火材料普遍具有易脫水、易脫落、耐火性能差、無法實現(xiàn)長久堵漏等缺陷，亟需開發(fā)一種能夠克服上述缺陷的綜合性能優(yōu)越的煤礦用防滅火材料。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明基于上述現(xiàn)有技術(shù)問題，創(chuàng)新的提出一種全新的礦用防滅火高分子材料、礦用防滅火凝膠材料及其用途，適用于不同情況下煤炭自燃的防治，集堵漏、降溫、煤巖強化于一體，并在陜西長武亭南煤業(yè)有限責任公司各礦區(qū)的井下各采掘工作面進行了試驗，可用于灌注俯斜開采的工作面采空區(qū)、沿空巷道相鄰側(cè)采空區(qū)、巷幫及巷道頂部等各種復(fù)雜條件下的防風堵漏，同時也適用于需大量灌漿的工作面開切眼和停采線以及大范圍火區(qū)的熄滅，通過在生產(chǎn)過程中的成功應(yīng)用證實了本發(fā)明提出的礦用防滅火高分子材料具有成本低、防滅火效果極佳、適用范圍廣、不易脫水和脫落、耐火性能強、煤巖充填強度高、使用方便、滅火安全性好等獨特優(yōu)點，具有廣闊的市場推廣應(yīng)用前景。

本發(fā)明解決上述技術(shù)問題所采取的技術(shù)方案如下：

一種礦用防滅火高分子材料，按質(zhì)量百分比含量包括如下組份：固態(tài)聚丙烯酸鈉20-40%，固態(tài)粉末填充物52-78%，阻燃劑2-8%。

進一步的根據(jù)本發(fā)明所述的礦用防滅火高分子材料，其中按質(zhì)量百分比含量包括如下組份：固態(tài)聚丙烯酸鈉25-35%，固態(tài)粉末填充物60-70%，阻燃劑5%。

進一步的根據(jù)本發(fā)明所述的礦用防滅火高分子材料，其中按質(zhì)量百分比含量包括如下組份：固態(tài)聚丙烯酸鈉30%，固態(tài)粉末填充物65%，阻燃劑5%。

進一步的根據(jù)本發(fā)明所述的礦用防滅火高分子材料，其中所述固態(tài)聚丙烯酸鈉由JFC-100聚丙烯酸鈉和JFBY-80聚丙烯酸鈉按照質(zhì)量比5:1混合制得。

進一步的根據(jù)本發(fā)明所述的礦用防滅火高分子材料，其中所述的固態(tài)粉末填充物選自粉煤灰、黃沙土或粉煤灰和黃沙土的混合物，且所述固態(tài)粉末填充物的粒徑處于0.5-300微米之間；所述固態(tài)聚丙烯酸鈉為粒徑在1-1000微米的聚丙烯酸鈉顆粒。

進一步的根據(jù)本發(fā)明所述的礦用防滅火高分子材料，其中所述的固態(tài)粉末填充物選自粒徑在1-200μm、孔隙率在50%—80%的粉煤灰。

進一步的根據(jù)本發(fā)明所述的礦用防滅火高分子材料，其中所述的阻燃劑由質(zhì)量百分比含量為65％-70％的熔融指數(shù)處于11-15g/10min的聚丙烯、質(zhì)量百分比含量為5％-8％的熔融指數(shù)在1.8-2.0g/10min的聚乙烯、質(zhì)量百分比含量為15％-20％的選自粉末狀滑石、高嶺石、絹云母、二氧化硅以及硅藻土中的至少一種無機填料和質(zhì)量百分比含量為5％-8％的選自十溴二苯基醚、十二氯十二氫二甲橋苯唑環(huán)辛烯或其混合物的有機阻燃鹵化物混合制得。

一種礦用防滅火凝膠材料，所述礦用防滅火凝膠材料由本發(fā)明上述礦用防滅火高分子材料與水按照質(zhì)量比1:100-150混合制得。

進一步的根據(jù)本發(fā)明所述的礦用防滅火凝膠材料，其中所述礦用防滅火凝膠材料的PH值處于7-8之間，所述礦用防滅火凝膠材料的成膠粘結(jié)時間能夠在25秒至2小時之間通過溫度進行調(diào)節(jié)。

進一步的根據(jù)本發(fā)明所述的礦用防滅火凝膠材料，其中所述礦用防滅火凝膠材料用于充填破碎巷道頂板形成的高冒區(qū)、用于充填加固沿空掘巷巷道、用于構(gòu)筑封堵墻或用于充填廢棄老硐與溜煤眼。

本發(fā)明所述礦用防滅火凝膠材料的用途，其中所述礦用防滅火凝膠材料用于充填破碎巷道頂板形成的高冒區(qū)、用于充填加固沿空掘巷巷道、用于構(gòu)筑封堵墻或用于充填廢棄老硐與溜煤眼。

通過本發(fā)明的技術(shù)方案至少能夠達到以下技術(shù)效果：

本發(fā)明創(chuàng)新的基于聚丙烯酸鈉和粉煤灰制備了一種全新的防滅火材料，即利用了粉煤灰成本低、防滅火性能好的獨特優(yōu)點，也利用了聚丙烯酸鈉凝膠粘度高、易注入煤巖裂隙、堵漏效果好的獨特優(yōu)點，同時兩者結(jié)合能夠大大增加煤巖強度，且材料成型后性能穩(wěn)定、耐火性極高、不易破裂同時具有良好的柔韌性，屬于新一代的礦用防滅火材料。

本發(fā)明所述防滅火材料在破碎巷道頂板形成的高冒區(qū)、沿空掘巷巷道、構(gòu)筑快速封堵墻、充填廢棄老硐、溜煤眼（煤倉）等復(fù)雜環(huán)境下進行了成功應(yīng)用，不但使用方便，而且防滅火綜合性能優(yōu)越，具有廣泛的推廣應(yīng)用前景。

具體實施方式

以下對本發(fā)明的技術(shù)方案進行詳細的描述，以使本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠更加清楚的理解本發(fā)明，但并不因此限制本發(fā)明的保護范圍。

首先描述本發(fā)明所述礦用防滅火高分子材料的組成及其制備，所述的礦用防滅火高分子材料按質(zhì)量百分比含量包括如下組份：

固態(tài)聚丙烯酸鈉 20-40%

固態(tài)粉末填充物 52-78%

阻燃劑 2-8%；

其中所述的固態(tài)聚丙烯酸鈉優(yōu)選的包括JFC-100（型號）聚丙烯酸鈉和JFBY-80（型號）聚丙烯酸鈉，且JFC-100聚丙烯酸鈉和JFBY-80聚丙烯酸鈉之間的質(zhì)量比為5：1，優(yōu)選的為粒徑在1-1000微米的固態(tài)顆粒。

其中所述的固態(tài)粉末填充物優(yōu)選的選自粉煤灰、黃沙土或粉煤灰和黃沙土的混合物，且所述固態(tài)粉末填充物的粒徑處于0.5-300微米之間，優(yōu)選的在1-100微米之間。優(yōu)選的所述固態(tài)粉末填充物選用粉煤灰，所述粉煤灰呈多孔型蜂窩狀組織，比表面積較大，具有較高的吸附活性，其粒徑范圍為1~200μm，優(yōu)選的在1-100微米，并且珠壁具有多孔結(jié)構(gòu)，孔隙率高達50%—80%，有很強的吸水性。

所述的阻燃劑優(yōu)選的由質(zhì)量百分比含量為65％-70％的熔融指數(shù)處于11-15g/10min的聚丙烯、質(zhì)量百分比含量為5％-8％的熔融指數(shù)在1.8-2.0g/10min的聚乙烯、質(zhì)量百分比含量為15％-20％的選自粉末狀滑石、高嶺石、絹云母、二氧化硅以及硅藻土中的至少一種無機填料和質(zhì)量百分比含量為5％-8％的選自十溴二苯基醚、十二氯十二氫二甲橋苯唑環(huán)辛烯或其混合物的有機阻燃鹵化物混合制得。

進一步優(yōu)選的所述的礦用防滅火高分子材料中，固態(tài)聚丙烯酸鈉的質(zhì)量百分比含量為25-35%，所述固態(tài)粉末填充物的質(zhì)量百分比含量為60-70%，所述阻燃劑的質(zhì)量百分比含量為5%。

本發(fā)明所述礦用防滅火高分子材料的制備方法是將上述質(zhì)量百分比含量的聚丙烯酸鈉、固態(tài)粉末填充物和阻燃劑在室溫條件下進行混合攪拌即可制得。

本發(fā)明在上述礦用防滅火高分子材料的基礎(chǔ)上進一步制得礦用防滅火凝膠材料，具體的制備方法是將上述礦用防滅火高分子材料與水按照1:100-150混合，并根據(jù)成膠時間選擇混合溫度。

本發(fā)明所述礦用防滅火高分子材料在煤礦自燃防治中的使用方法包括如下步驟：

步驟一、首先將所述礦用防滅火高分子材料與水按照質(zhì)量比1:100-150進行混合并攪拌均勻，形成礦用防滅火凝膠材料，用水量根據(jù)粘度需要在100-150重量份之間進行選擇。

步驟二、調(diào)節(jié)步驟一制得的礦用防滅火凝膠材料的PH值處于7-8之間，并根據(jù)溫度調(diào)節(jié)其粘結(jié)時間，其中在室溫25℃時粘結(jié)時間小于10分鐘，通過選擇混合溫度可將粘結(jié)時間在25秒-2小時之間進行調(diào)整。

步驟三、將步驟一和二制得的礦用防滅火凝膠材料通過注漿泵打入工作區(qū)，利用膠體進行防風堵漏和降溫，最少實現(xiàn)防滅火。

本發(fā)明所述的礦用防滅火高分子材料包括聚丙烯酸鈉、粉煤灰和阻燃劑，這些物質(zhì)與水混合后可形成凝膠膠體，實現(xiàn)漿液的液固轉(zhuǎn)化，使其能夠在指定地點停留，抗煤體氧化，和煤體粘結(jié)力強，充分發(fā)揮降溫和封堵漏風的作用，通過注漿泵注入煤層縫隙中能夠很好的堵塞煤層縫隙，包裹高溫煤體，隔絕氧氣，降低煤溫，撲滅火源，防止火區(qū)復(fù)燃。同時由于所述膠體具有粘彈性，在煤層間隙受力時，僅發(fā)生蠕變，而不會破裂，能緊密充填于煤層間隙，即使煤層壓裂破碎也不會產(chǎn)生漏風裂隙，可對移架、礦壓等造成的新裂隙進行二次封堵。

本發(fā)明所述礦用防滅火高分子材料在陜西長武亭南煤業(yè)有限責任公司各礦區(qū)的井下各采掘工作面進行了成功試驗，其阻燃性不但滿足了煤礦井下用聚合物MT113-1995技術(shù)標準，而且經(jīng)驗證具有以下獨創(chuàng)技術(shù)效果：

固水性：本發(fā)明所述防滅火高分子材料在使用中與水形成凝膠膠體，且膠體中90%以上是水，易于流動的水被固結(jié)起來，能夠充分發(fā)揮水的降溫滅火作用。

熱降溫性：本發(fā)明所述防滅火高分子材料與水的成膠過程是吸熱反應(yīng)，煤溫上升使膠體中的水汽化，也將吸收大量的熱，有利于滅火降溫。

滲透和堵漏性：本發(fā)明的成膠材料是易于流動的液體，滲透到煤層縫隙中后形成膠體，堵住漏風通道。

阻化性：本發(fā)明所述防滅火高分子材料本身加入有獨創(chuàng)的阻燃劑，使得防滅火高分子材料本身能夠作為一種性能良好的阻化劑，最終與水形成的膠體也具有通用阻化劑的性能。

熱穩(wěn)定性：經(jīng)驗證在1000多度的高溫下本發(fā)明形成的膠體不熔化、不破裂，仍能保持完好。

充填性能：本發(fā)明首創(chuàng)的在聚丙烯酸鈉中添加作為增強劑的粉煤灰等，使得最終成型的膠體耐壓性大大增強，高濃度膠體泥漿可充填高冒空頂區(qū)。

滅火安全性：由于膠體有束水作用，在用于撲滅煤火時，不會急劇產(chǎn)生大量的水煤汽而惡化工作環(huán)境或發(fā)生爆炸。

有效期：正常情況下（T<28℃，濕度>90%），膠體可長期保存在煤層中，防止煤層自然發(fā)火或火區(qū)復(fù)燃。

成膠時間可控性：最短成膠時間25s，慢的可控制在2h以上，便于針對不同發(fā)火情況和現(xiàn)場使用工藝對其進行適當調(diào)節(jié)。

本發(fā)明的主要技術(shù)創(chuàng)新構(gòu)思在于發(fā)明了包括固態(tài)聚丙烯酸鈉、固態(tài)粉末填充物和阻燃劑在內(nèi)的防滅火高分子材料，并在使用中創(chuàng)新的將所述防滅火高分子材料與水按照質(zhì)量比1:100-150的方式進行混合得到用于滅火堵漏的凝膠膠體，亦可將所述防滅火高分子材料和水的混合凝膠作為本發(fā)明創(chuàng)新的防滅火凝膠材料，這些變形都屬于本發(fā)明的保護范圍。

以下給出本發(fā)明的具體實施例和應(yīng)用例。

實施例1

一種礦用防滅火高分子材料，按質(zhì)量百分比含量包括如下組份：

固態(tài)聚丙烯酸鈉 25%

固態(tài)粉末填充物 70%

阻燃劑 5%；

所述的固態(tài)聚丙烯酸鈉由JFC-100聚丙烯酸鈉和JFBY-80聚丙烯酸鈉按照質(zhì)量比5:1混合制得。所述的固態(tài)粉末填充物為粒徑在1~200μm間、孔隙率在50%—60%間的粉煤灰。所述的阻燃劑由質(zhì)量百分比含量為65％的熔融指數(shù)處于11g/10min的聚丙烯、質(zhì)量百分比含量為8％的熔融指數(shù)在1.8g/10min的聚乙烯、質(zhì)量百分比含量為20％的選自粉末狀滑石和高嶺石的無機填料和質(zhì)量百分比含量為7％的選自十溴二苯基醚和十二氯十二氫二甲橋苯唑環(huán)辛烯混合物的有機阻燃鹵化物混合制得。所述的礦用防滅火高分子材料與水按照質(zhì)量比1:100混合制得防滅火凝膠材料。

實施例2

一種礦用防滅火高分子材料，按質(zhì)量百分比含量包括如下組份：

固態(tài)聚丙烯酸鈉 30%

固態(tài)粉末填充物 65%

阻燃劑 5%；

所述的固態(tài)粉末填充物為粒徑在1~200μm間、孔隙率在60%—70%間的粉煤灰，所述的固態(tài)聚丙烯酸鈉由JFC-100聚丙烯酸鈉和JFBY-80聚丙烯酸鈉按照質(zhì)量比5:1混合制得。所述的阻燃劑由質(zhì)量百分比含量為68％的熔融指數(shù)處于13g/10min的聚丙烯、質(zhì)量百分比含量為6％的熔融指數(shù)在1.9g/10min的聚乙烯、質(zhì)量百分比含量為18％的選自粉末狀二氧化硅的無機填料和質(zhì)量百分比含量為8％的選自十溴二苯基醚的有機阻燃鹵化物混合制得。所述的礦用防滅火高分子材料與水按照質(zhì)量比1:120混合制得防滅火凝膠材料。

實施例3

一種礦用防滅火高分子材料，按質(zhì)量百分比含量包括如下組份：

固態(tài)聚丙烯酸鈉 35%

固態(tài)粉末填充物 60%

阻燃劑 5%；

所述的固態(tài)聚丙烯酸鈉由JFC-100聚丙烯酸鈉和JFBY-80聚丙烯酸鈉按照質(zhì)量比5:1混合制得。所述的固態(tài)粉末填充物為粒徑在1~200μm間、孔隙率在70%—80%間的粉煤灰。所述的阻燃劑由質(zhì)量百分比含量為70％的熔融指數(shù)處于15g/10min的聚丙烯、質(zhì)量百分比含量為5％的熔融指數(shù)在2.0g/10min的聚乙烯、質(zhì)量百分比含量為20％的選自粉末狀高嶺石和絹云母的無機填料和質(zhì)量百分比含量為5％的選自十二氯十二氫二甲橋苯唑環(huán)辛烯的有機阻燃鹵化物混合制得。所述的礦用防滅火高分子材料與水按照質(zhì)量比1:150混合制得防滅火凝膠材料。

應(yīng)用例

本發(fā)明所述的礦用防滅火高分子材料與水按照質(zhì)量比1:100-150混合后制得防滅火凝膠材料，然后在灌漿點附近，通過專用設(shè)備（ZM-5/1.8G煤礦用注漿泵），將其按比例注入灌漿管路內(nèi)，并在以下環(huán)境中成功實現(xiàn)了防滅火注漿應(yīng)用：

煤巷高冒充填防治煤炭自燃：對在破碎巷道頂板形成的高冒區(qū)及時填充本發(fā)明所述的防滅火凝膠材料，有效阻止了內(nèi)外空氣交換，避免了破碎頂煤發(fā)火。

維護沿空掘巷巷道，預(yù)防煤炭自燃：沿空掘巷巷道由于沒有煤柱的保護，容易變形，在相鄰的老采空區(qū)之間漏風嚴重。利用本發(fā)明所述防滅火凝膠材料加固該巷道后可有效地維護巷道的穩(wěn)定，減少通風阻力，防止漏風，預(yù)防煤炭自燃。

構(gòu)筑快速封堵墻，封閉火區(qū)：采用本發(fā)明所述的防滅火凝膠材料能夠快速構(gòu)建密閉墻，將已發(fā)生的火區(qū)隔離，一方面控制了火災(zāi)蔓延，另一方面可以使自燃火災(zāi)由于得不到足夠的氧氣而窒息。

構(gòu)建工作面上、下隅角的封堵墻，減少采空區(qū)漏風：通過對工作面上下隅角的封堵，最大可能地減少進入采空區(qū)的新鮮風量，進而防止采空區(qū)內(nèi)遺煤因為得到足夠的氧氣而發(fā)生氧化自燃。

充填廢棄老硐、溜煤眼（煤倉），預(yù)防自燃：用本發(fā)明所述防滅火凝膠材料充填廢棄老硐、溜煤眼可以防止漏風發(fā)生自燃火災(zāi)。

以上僅是對本發(fā)明的優(yōu)選實施方式進行了描述，并不將本發(fā)明的技術(shù)方案限制于此，本領(lǐng)域技術(shù)人員在本發(fā)明的主要技術(shù)構(gòu)思的基礎(chǔ)上所作的任何公知變形都屬于本發(fā)明所要保護的技術(shù)范疇，本發(fā)明具體的保護范圍以權(quán)利要求書的記載為準。