本發(fā)明涉及一種用于煤礦防滅火的新型高阻燃柔韌承壓水玻璃復合注漿料及制備方法，屬于防滅火材料技術領域。

背景技術：

我國煤礦有58%以上的礦井煤自燃，且采空區(qū)火災比例更高。礦井火災是危害礦井安全、傷及人員與物資的重大隱患。多年來廣大工程技術人員及科技工作者一直在研發(fā)多種防滅火材料（如黃泥、粉煤灰灌漿、高分子復合材料，水玻璃、高分子復合膠體材料等）與防滅火技術，取得了眾多成果，為防治井下火災及煤自燃作出了重大貢獻。

但防滅火實踐及理論研究皆證明，許多防滅火材料存在以下問題：

① 耐燒溫度不夠，一些材料在低燃燒溫度（700℃以下）具有保水性、柔韌不干裂、并保有一定結(jié)構(gòu)強度等功能，卻在高溫（>1000℃）下迅速燒失殆盡；

② 許多水玻璃膠體在注漿滅火時，常常因在沒有到達預定的煤體內(nèi)就在管道中突然終凝而堵管，使滅火工作停頓，造成復燃或更大火災；

③ 按照一些發(fā)明專利和科技論文的要求，所用水玻璃復合膠體配制工藝太復雜、多種原料需要逐一按順序下水溶解攪拌，費時費工，不適應井下滅火的實際需要。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明目的之一，旨在克服上述許多防滅火材料不耐高溫（>1000℃），內(nèi)部結(jié)構(gòu)易被高溫燒壞，無法保水、失去強度和柔韌性的缺點，提出一種能提高材料抗高溫（>1000℃）能力、阻滯結(jié)構(gòu)被燒壞、延緩材料高溫下失水、失去柔韌性和結(jié)構(gòu)失去強度的速度，延長材料抗高溫的有效時間，且能保持柔韌承壓的水玻璃復合注漿材料。

本發(fā)明目的之二，調(diào)控水玻璃凝膠終凝狀態(tài)、延長終凝過程，將水玻璃凝膠終凝過程從幾秒鐘做了適當延長，使得水玻璃凝膠從幾乎瞬間終凝改為適當緩慢終凝，克服原水玻璃凝膠易堵管的缺點。

本發(fā)明目的之三，是提供能適應礦山井下空間狹小、運輸不便、需要快速簡便大批量生產(chǎn)出滅火材料、能快速投入到火災現(xiàn)場的設備及工藝，如本發(fā)明高阻燃柔韌承壓水玻璃復合注漿料的井下制備方法。

本發(fā)明是通過以下技術方案實現(xiàn)的；一種高阻燃柔韌承壓水玻璃復合注漿料，它是由新型添加劑、水玻璃和水組成，其質(zhì)量百分比中：新型添加劑占6-10%，水玻璃占12-15%，水占75-80%；

所述新型添加劑質(zhì)量百分比中：氫氧化鋁占40-42%、碳酸氫鈉占40-50%、陰離子聚丙烯酰胺占3-10%、膨潤土占5-10%。

所述新型添加劑的質(zhì)量百分比進一步優(yōu)化為：氫氧化鋁占42%、碳酸氫鈉占50%、陰離子聚丙烯酰胺占3%、膨潤土占5%。

根據(jù)煤礦井下水玻璃凝膠使用條件（距離遠近、管路布置是否有起伏、拐彎等等）的不同，水玻璃水溶液的配置分為井下和井上兩種；

a、水玻璃水溶液的配置選用井下的相應容器或注漿池，則一種高阻燃柔韌承壓水玻璃復合注漿料，它是由新型添加劑、水玻璃和水組成，其質(zhì)量百分比中：新型添加劑占10%、水玻璃占15%、水占75%；

所述新型添加劑的質(zhì)量百分比中：氫氧化鋁占42%、碳酸氫鈉占50%、陰離子聚丙烯酰胺占3%、膨潤土占5%。

b、水玻璃水溶液配置選用地面的相應容器或注漿池，則一種高阻燃柔韌承壓水玻璃復合注漿料，它是由新型添加劑、水玻璃和水組成，其質(zhì)量百分比中：新型添加劑占6%、水玻璃占14%、水占80%；

所述新型添加劑的優(yōu)化質(zhì)量百分比中氫氧化鋁占42%、碳酸氫鈉占50%、陰離子聚丙烯酰胺占3%、膨潤土占5%。

所述水玻璃模數(shù)為2.2-3.5，波美度30-40；所述氫氧化鋁粒徑為200-325目；所述陰離子聚丙烯酰胺分子量為900-2500萬，粒徑140-400目；所述膨潤土中二氧化硅含量為40-60%，粒徑為300-800目；所述碳酸氫鈉粒徑為150-400目。

一種高阻燃柔韌承壓水玻璃復合注漿料的制備方法，必須適應井下?lián)錅缁馂牡木o急需要，原材料在地面選定精準，不在井下或地面容器中反復配料，工藝設備簡單快速、注漿不堵管；

該方法按如下步驟制備：

步驟1）按配比稱取氫氧化鋁、碳酸氫鈉、陰離子聚丙烯酰胺和膨潤土等的干粉原料，經(jīng)電動攪拌5分鐘均勻混合，制成新型添加劑干粉料；然后裝袋，每袋20公斤，備用；

步驟2）按要求選定新生產(chǎn)液態(tài)水玻璃，備用；

步驟3）將上述步驟1）制備的新型添加劑干粉料在井下或地面上的相應容器或注漿池中按比例配水，攪拌均勻，即制備出新型添加劑水溶液；

再將步驟2）備用水玻璃在井下或地面上的相應容器或注漿池中按比例配水，攪拌均勻即制備出水玻璃水溶液；

再經(jīng)泵壓將新型添加劑水溶液和水玻璃水溶液送入三通混合分流器中混合形成溶膠，并在其后輸送管路中邊輸送邊反應，直至輸送到煤體或火區(qū)成凝膠滅火。

本發(fā)明高阻燃柔韌承壓水玻璃復合注漿料相比原多種水玻璃復合膠體防滅火材料有如下優(yōu)點：本發(fā)明保留了原水玻璃凝膠的主要功能和注漿工藝，突出提高了注漿材料耐高溫燃燒的能力和緩慢終凝的過程。使其在高溫（﹥1000℃）下的保水能力、柔韌性、力學強度、流淌性以及防止堵管等方面有較大提高，對水玻璃凝膠技術也是創(chuàng)新性的改進；

這主要表現(xiàn)在：

1）、提高了發(fā)明材料的耐燒溫度（﹥1000℃）、延緩了高溫下材料結(jié)構(gòu)被燒壞的時間、提高了材料高溫燃燒下內(nèi)部結(jié)構(gòu)抗燒的能力；

2）、由于阻滯了上述材料內(nèi)部結(jié)構(gòu)被燒壞的時間和速率，提高了發(fā)明材料在高溫下的保水能力、膠體結(jié)構(gòu)的柔韌性及強度。經(jīng)礦山使用，普遍反應本材料滅火速度快、工藝簡單可靠、滅火效率高、用量少、火情很少反復；

3）、所發(fā)明新型水玻璃復合注漿料的成膠時間不僅可控，而且終凝過程比原水玻璃凝膠有了延長。相比原水玻璃凝膠突然終凝容易堵管的缺點，提高了本發(fā)明材料終凝前的流淌可控性，可不再發(fā)生凝膠突然終凝的現(xiàn)象，方便了現(xiàn)場操作。實踐證明，多年來本發(fā)明材料在現(xiàn)場使用幾乎沒有堵過管；

4）、本發(fā)明選料精細恰當、原料入水后相容性好，無須在現(xiàn)場再反復配制，井下制備簡單快速、設備少、工人少、可快速批量生產(chǎn)，能快速連續(xù)投入到滅火現(xiàn)場，較好適應井下滅火的急切需要；

5）、新型添加劑用量少，相對原水玻璃復合膠體材料的總成本和銷售價格變化不大，而本發(fā)明材料總體性價比有了較大的提高。

本發(fā)明通過大量地面實驗及井下實踐發(fā)現(xiàn)：隨著新型添加劑用量增加，本發(fā)明材料的成膠時間逐漸縮短；相比之下，新型添加劑的用量（在10%之內(nèi)）對本發(fā)明材料成膠時間的影響比水玻璃用量的作用要大；

另外，防滅火實踐證明，本發(fā)明材料的成膠時間要根據(jù)滅火點的位置、管路長短、管路布置的復雜性（如起伏、拐彎多少等）來定；例如當滅火距離在60-80米之內(nèi)，其成膠終凝時間要在2.5-3.5分鐘，而短距離（小于40米）使用則終凝時間可在30-60秒。

附圖說明

圖1是水玻璃溶液在地面配制、新型添加劑溶液在井下配制輸送的示意圖；

圖2是水玻璃水溶液和新型添加劑水溶液均在井下配制輸送示意圖。

具體實施方式：

下面結(jié)合實例對本發(fā)明作進一步說明，但本發(fā)明并不限于以下實施案例。

實例1：耐燒對比試驗（參照我國阻燃性能測試標準MT113-1995酒精噴燈火焰燃燒試驗法測試）

試驗用試餅：試餅Ⅰ、試餅Ⅱ和試餅Ⅲ（本發(fā)明）；三個試餅半徑皆為2.5㎝，試樣厚皆為2㎝；三個試餅的質(zhì)量百分配比為水71-80%，水玻璃15%，促凝劑或新型添加劑皆為8%。

試驗條件：溫度≥1000℃（具體條件和操作方法按照MT113-1995“煤礦井下用非金屬制品安全性能檢驗規(guī)范”酒精噴燈火焰燃燒試驗法測試）；

試餅Ⅰ：15%水玻璃+8%碳酸氫鈉+77%水。在燃燒8分鐘時其燒失剩余面積為原總面積的1/4；

試餅Ⅱ：15%水玻璃+6%碳酸氫鈉+0.3%陰離子聚丙烯酰胺+1.7%膨潤土+77%的水，在燃燒12分鐘時，燒失剩余面積為原總面積的1/3；

試餅Ⅲ（本發(fā)明）：15%水玻璃+8%新型添加劑(所述的新型添加劑的優(yōu)化質(zhì)量百分比中氫氧化鋁占42%、碳酸氫鈉占50%、陰離子聚丙烯酰胺占3%、膨潤土占5%)+77%水；其試餅燃燒20分鐘時，燒失剩余面積為原總面積的1/2；

通過上述對比試驗，充分證明本發(fā)明材料耐高溫燃燒和保水的良好性能。

實例2：地面配置水玻璃溶液

某礦綜放面，停采后密閉墻內(nèi)煤自燃，火區(qū)溫度達1000℃以上，在采取

兩種滅火材料及相應措施無果的情況下，決定在密閉墻外向火區(qū)內(nèi)打三個鉆孔（分別長50m、55m、50.5m）壓注本發(fā)明材料進入火體，用Φ50MM防火專用桿一次施工到位，所壓注本發(fā)明注漿料配比為水80%，水玻璃

14%，新型添加劑6%；

所述的新型添加劑的質(zhì)量百分比中氫氧化鋁占42%、碳酸氫鈉占50%、陰離子聚丙烯酰胺占3%、膨潤土占5%。

所述水玻璃模數(shù)為2.2-3.5，波美度30-40。

所述氫氧化鋁粒徑為200-325目。

所述陰離子聚丙烯酰胺的分子量為900-2500萬，粒徑140-400目。

所述膨潤土中二氧化硅含量為40-60%粒徑為300-800目。

所述碳酸氫鈉粒徑為150-400目。

水玻璃水溶液是在地面制漿站靜壓輸送至井下，而新型添加劑水溶液是在井下密閉墻外容器內(nèi)制作。利用地面靜壓及井下泵壓將本發(fā)明注漿料（500多M³)混合后壓注至三個鉆孔煤體中、另一個孔覆蓋于燃燒浮煤之上。第二天板閉內(nèi)束管監(jiān)測的氣體成分為O₂，14%；CH₄，7%；CO₂，5%；一氧化碳，0 PPm；注膠滅火取得空前成功。

上述配比成膠時間約在2.5-3分鐘逐步固結(jié)成果凍狀膠體，此材料不僅滲入到煤體一定深度，而且固結(jié)后既充滿了縫隙，又可以實現(xiàn)柔韌承壓，堵漏效果很好、不開裂、密實性好。果凍狀塑性膠體還可隨礦山壓力柔軟移動不裂不壞，即使在1100℃左右高溫下，膠體大部分沒破裂，始終保持高含水柔韌承壓狀態(tài)，保證了高溫下巖體的密封性，阻止了漏風，對覆蓋浮煤因隔絕了氧氣與煤的接觸，火焰很快熄滅，火區(qū)燃燒溫度快速下降且不復燃，滅火成功。而且本發(fā)明注漿料水溶液相容性好，無聚沉，無絮凝，無鹽析，無異味，無結(jié)塊、無腐蝕性，對環(huán)境無污染，不損害井下工作人員健康，綠色環(huán)保。井下操作簡單快速，注漿順利，不堵管，每班注漿量超過定額，滅火成本低。

兩個月通過啟封后發(fā)現(xiàn)，在火區(qū)頂板沒有噴漿堵漏的情況下，頂板煤體內(nèi)只有少量膠體滲出，并如同冰凍棒一樣懸吊著，基本無膠體流失現(xiàn)象。說明本發(fā)明注漿料提高了材料抗高溫燃燒能力，材料內(nèi)部結(jié)構(gòu)不易燒壞，從而實現(xiàn)了在火區(qū)燃燒高溫（﹥1000℃）下材料也能保住水，實現(xiàn)了柔韌承壓堵漏及覆蓋浮煤的好效果。

實例3：井下雙泵注漿系統(tǒng)，將所發(fā)明材料漿體堆積成墻，降溫防火或成墻堵隔漏風通道；

某礦一巷道封閉前已間隔砌有二道水泥砂漿墻，墻體外表進行過噴漿處理。但因礦山壓力作用，在兩密閉墻裙邊的煤體內(nèi)及頂板煤體產(chǎn)生了大小不一的裂隙，造成大量漏風，墻內(nèi)CO達到270000PPm，CH₄達到7.3%，礦方先用羅克休泡沫對墻體四周進行了灌注無效后，又用水玻璃加小蘇打凝膠對上述的地點進行注漿，因高溫下膠體很快失水開裂封堵無效，巷內(nèi)溫度升到162℃，已經(jīng)陰燃。后改用本發(fā)明材料進行注入，一方面覆蓋巷內(nèi)浮煤及陰燃處，一方面向四周煤體內(nèi)壓注本材料，并在

巷內(nèi)堆集成隔離墻，當天火情消失。

材料及注漿配比工藝：

1）注漿材料為本發(fā)明材料，其配比為水75%，水玻璃15%，新型添加劑10%（所述的新型添加劑的質(zhì)量百分比中氫氧化鋁占42%、碳酸氫鈉占50%、陰離子聚丙烯酰胺占3%、膨潤土占5%。）本材料配比成膠時間約35-50秒左右逐步固結(jié)成果凍狀膠體。

所述水玻璃模數(shù)為2.2-3.5，波美度30-40。

所述氫氧化鋁粒徑為200-325目。

所述陰離子聚丙烯酰胺的分子量為900-2500萬，粒徑140-400目。

所述膨潤土中二氧化硅含量為40-60%粒徑為300-800目。

所述碳酸氫鈉粒徑為150-400目。

2）注漿工藝：施工現(xiàn)場有兩個容器，一個制作水玻璃水溶液，一個容器形成新型添加劑水溶液。經(jīng)兩臺注漿泵壓注進入一個三通混合器中混合形成溶膠?；旌先苣z在壓力下邊走邊充分混合，再經(jīng)注漿鉆孔噴灑到浮煤覆蓋包裹，又可注入煤體裂隙中堵漏隔氧。因注漿不堵管、工藝事故少，每班注漿量大，滅火快速有效，礦方十分滿意。

本實施例的防滅火效果：

1、處理后7天，墻內(nèi)CO為0，空氣溫度下降為25℃，CH₄為0.2%；

2、密閉6個月后啟封，發(fā)現(xiàn)巷內(nèi)多處木支架是炭化狀，頂板及兩側(cè)煤體暴露處也有炭化痕跡，說明當時滅火速度快，效率高；

3、 因滅火及降溫迅速，巷道內(nèi)無異味、無有害氣體，此巷8個月后，重新修通為礦保證接續(xù)贏得了時間、節(jié)約了人工和資金；

4、所堆積的本發(fā)明材料雖有部分炭化狀，但在8個月后仍保留80%以上的比較完整的果凍狀柔性膠體，證明所發(fā)明材料耐火性好，高溫下80%的材料內(nèi)部結(jié)構(gòu)完整，仍保持著水分和柔韌性，仍能防滅火、實現(xiàn)了設計的目標。

實施例4：高阻燃柔韌承壓水玻璃復合注漿料的制備方法及其輸送方法

所述一種高阻燃柔韌承壓水玻璃復合注漿料的制備方法，按如下步

驟制備：

步驟1）按配比稱取氫氧化鋁、碳酸氫鈉、陰離子聚丙烯酰胺和膨潤土等的干粉原料，經(jīng)電動攪拌5分鐘均勻混合，制成新型添加劑干粉料；然后裝袋，每袋20公斤，備用；

步驟2）按要求選定新生產(chǎn)液態(tài)水玻璃，備用；

步驟3）將上述步驟1）制備的新型添加劑干粉料在井下或地面相應容器或注漿池中按比例配水，攪拌均勻，即制備出新型添加劑水溶液；

再將步驟2）備用水玻璃在井下或地面相應容器或注漿池中按比例配水，攪拌均勻即制備出水玻璃水溶液；

再經(jīng)泵壓將新型添加劑水溶液和水玻璃水溶液送入三通混合分流器中混合形成溶膠，并在其后輸送管路中邊輸送邊反應，直至輸送到煤體或火區(qū)成凝膠滅火。

高阻燃柔韌承壓水玻璃復合注漿料的輸送方法如下：

a、當滅火規(guī)模大，壓注材料量大時，水玻璃水溶液在地面注漿站配制，而新型添加劑水溶液在井下容器中配制，使用單泵壓入水玻璃水溶液的管路系統(tǒng)，其水玻璃溶液在地面配制、新型添加劑溶液在井下配制輸送的示意圖，見圖1。

b、用于防火和小規(guī)模井下滅火時，水玻璃水溶液和新型添加劑水溶液均在井下容器中配制，該方法采用的設備需要雙容器攪拌、雙泵及管路，此系統(tǒng)可靠性和靈活性較高，水玻璃水溶液和新型添加劑水溶液均在井下配制輸送示意圖，見圖2。