CN104056395B - 碳酸钙网状凝胶泡沫泥浆防灭火剂 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种碳酸钙网状凝胶泡沫泥浆防灭火剂，其技术方案的要点是，由碳酸钙复合型阻燃发泡剂、具有净化空气功能的凹凸棒陶土粉、无机纤维喷涂棉、轻质碳酸钙、煤矸石粉、膨胀珍珠岩粉、海藻酸钠和水组成。将碳酸钙网状凝胶泡沫泥浆防灭火剂的配料输入犁耙式混料机中，高速搅拌为碳酸钙网状凝胶泡沫泥浆防灭火剂。网状凝胶泡沫泥浆通过无机纤维喷涂机喷射到燃烧的煤层，有利于在防灭火过程中生成一种整体性的网状凝胶泡沫泥浆膜，始终覆盖粘附在矿层的表面，迅速隔绝燃烧煤层与空气的接触，阻止煤矿继续燃烧，避免煤层复燃，达到阻燃和防灭火的目的，碳酸钙网状凝胶泡沫泥浆防灭火剂适用于煤矿、矿井作业区和森林的防灭火。

Description

碳酸钙网状凝胶泡沫泥浆防灭火剂

技术领域

本发明涉及防灭火剂，具体涉及一种碳酸钙网状凝胶泡沫泥浆防灭火剂。

背景技术

综采放顶煤开采具有高产、高效、低耗等优点，在我国很多煤炭生产基地已普遍推广应用。但由于这种采煤方法的开采强度大，采空区遗留残煤多，冒落高度大，漏风严重，经常会出现难以解决的火灾、瓦斯、粉尘等一系列问题，特别是火灾。

泡沫灭火剂分为化学泡沫、空气泡沫、氟蛋白泡沫、水成膜泡沫和抗溶性泡沫等。

中国专利公开号CN 102614615A，公开日:2012年08月01日，名称为“一种用于煤矿井下的复合体泡沫灭火剂”，公开了“一种用于煤矿井下的复合体泡沫灭火剂，其特征在于：由下列原料制成：主料为浓度为40%～60%碳酸氢铵或碳酸氢钠水溶液与浓硫酸，按溶质质量比2:1～3:1混合，辅料为稳定剂及发泡剂，所述辅料用量为主料总重量0.1%～2%”。

上述专利的不足之处是：该灭火剂泡沫倍数虽然能达到20～200倍，泡沫稳定时间≥2.5h，但是只能在短时间内使“惰气二氧化碳泡沫在火区内扩散并充满其空间，使火区内氧气浓度急速下降，使火区因缺氧而窒息”，并不能真正做到隔绝燃烧煤层与空气的接触，阻止煤矿继续燃烧，避免煤层复燃，达到阻燃和防灭火的目的。以碳酸氢铵为灭火剂主要的原料，在灭火过程中会释放出大量的氨气，污染了井下的空气，不利于操作人员的健康。

煤矸石弃置不用，占用大片土地，煤矸石中的硫化物逸出或浸出会污染大气、农田和水体，矸石山还会自燃发生火灾，或在雨季崩塌，淤塞河流造成灾害。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术中不足之处，提供一种碳酸钙网状凝胶泡沫泥浆防灭火剂。

碳酸钙网状凝胶泡沫泥浆防灭火剂由碳酸钙复合型阻燃发泡剂、具有净化空气功能的凹凸棒陶土粉、无机纤维喷涂棉、轻质碳酸钙、煤矸石粉、膨胀珍珠岩粉、海藻酸钠和水组成。

碳酸钙网状凝胶泡沫泥浆防灭火剂的生产方法：将碳酸钙网状凝胶泡沫泥浆防灭火剂的配料输入犁耙式混料机中，高速搅拌为碳酸钙网状凝胶泡沫泥浆防灭火剂。

轻质碳酸钙是以铝矾土和石灰石为原料，经煅烧制得的以铝酸钙为主要成分、氧化铝含量约50%的熟料，再磨制成的水硬性胶凝材料，轻质碳酸钙具有较高的耐热性。

具有净化空气功能的凹凸棒陶土粉由高粘凹凸棒石粘土、凹凸棒恒湿调理剂、天然矿物吸附过滤剂、侧柏叶、硅酸铝纤维和聚丙烯酰胺组成；具有较好的粘结性、可塑性、触变性、耐火性和热稳定性；能有效的吸附空气中甲醛、氨和苯等有害物质，保护环境和增进人们的身体健康。

高粘凹凸棒石粘土是采用提高凹凸棒石粘土粘度的加工工艺生产的凹凸棒石粘土，凹凸棒石粘土经过配料搅拌均匀后，输入磨机中进行磨粉为高粘凹凸棒石粘土粉，颗粒细度≤0.074毫米。

高粘凹凸棒石粘土土质细腻，有油脂滑感，质轻、性脆，断口呈贝壳状或参差状，吸水性强，湿时具粘性和可塑性，高粘凹凸棒石粘土粉的粘度≥2200mPa·s，附着力好，有利于原料之间的粘结。

过氧化氢俗称双氧水，外观为无色透明液体，是一种强氧化剂，本发明选用工业过氧化氢的质量分数≥35％。与轻质碳酸钙和具有净化空气功能的凹凸棒陶土粉等配料混合后会生成大量的气泡。

氢氧化铝作为阻燃剂不仅能阻燃，而且可以防止发烟、不产生滴下物、不产生有毒气体。

脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠易溶于水，具有优良的去污、乳化、发泡性能和抗硬水性能，是一种阴离子表面活性剂。

超细聚乙烯醇粉末是一种白色、粉状、安定、无毒的水溶性高分子聚合物, 能快速溶解于常温水中，形成稳定胶体，水是聚乙烯醇良好的溶剂。聚乙烯醇具有良好的造膜性，形成的膜具有优异的接着力，耐溶剂性，耐摩擦性，伸张强度与氧气阻绝性，能够提高泡沫的粘度，具有一定的稳泡效果，并能提高采用碳酸钙复合型阻燃发泡剂生产的产品整体强度。

二甲基硅油表面张力小，不溶于水，化学稳定性好，无毒，是一种消泡剂和脱膜剂，用于消除发泡过程中生成的无效气泡，提高泡孔的闭合率，还有利于浇注泡沫材料时快速脱膜和防止塌模，用于灭火现场进行阻燃灭火，可以不添加二甲基硅油。

无机纤维喷涂棉是利用工业废料矿渣(高炉矿渣或铜矿渣、铝矿渣等)为主要原料，经熔化、采用高速离心法或喷吹法等工艺制成的棉丝状无机纤维。它具有质轻、导热系数小、不燃烧、防蛀、价廉、耐腐蚀、化学稳定性好和吸声性能好等特点。

煤矸石是采煤过程和洗煤过程中排放的固体废物，本发明使用煤矸石可以增加碳酸钙网状凝胶泡沫泥浆防灭火剂氧化铝的含量，提高网状凝胶泡沫泥浆膜的表面强度，本发明选用粉碎后的煤矸石粉，煤矸石粉的颗粒细度≤0.074毫米。

珍珠岩经焙烧膨胀而成为一种轻质、多功能新型材料。具有表观密度轻、导热系数低、化学稳定性好、使用温度范围广、吸湿能力小，且无毒、无味、防火、吸音等特点。本发明选用粉碎后的膨胀珍珠岩粉，膨胀珍珠岩粉的颗粒细度≤0.074毫米。

海藻酸钠为白色或浅褐色粉末，可以任意的比例溶解于水，形成流动性好的粘稠水溶液，有利于碳酸钙网状凝胶泡沫泥浆防灭火剂快速形成凝胶体和增强其成膜的能力。

本发明通过下述技术方案予以实现：

1、碳酸钙网状凝胶泡沫泥浆防灭火剂的配料按重量百分比由下列组分组成：碳酸钙复合型阻燃发泡剂5～55％、无机纤维喷涂棉混合物5～35％和水20～90％。

碳酸钙网状凝胶泡沫泥浆防灭火剂的生产方法：将碳酸钙网状凝胶泡沫泥浆防灭火剂的配料输入犁耙式混料机中，高速搅拌为碳酸钙网状凝胶泡沫泥浆防灭火剂，犁耙式混料机的速度控制在2400～2800转/分钟，搅拌时间控制在2～20分钟。

2、碳酸钙复合型阻燃发泡剂配料按重量百分比由下列组分组成：碳酸钙复合型阻燃发泡剂膏状物5～75％、过氧化氢1～35％、二甲基硅油0～5％和水1～85％。

碳酸钙复合型阻燃发泡剂的生产方法：将碳酸钙复合型阻燃发泡剂配料输入高速搅拌机中进行搅拌，搅拌机的速度控制在1400～1800转/分钟，搅拌时间控制在1～30分钟，搅拌均匀后为碳酸钙复合型阻燃发泡剂，碳酸钙复合型阻燃发泡剂中含有大量稳定的密集型气泡。

碳酸钙复合型阻燃发泡剂膏状物配料按重量百分比由下列组分组成：轻质碳酸钙5～55％、具有净化空气功能的凹凸棒陶土粉5～45％、氢氧化铝1～35％、脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠0.01～15％、超细聚乙烯醇粉末0.01～5％和水5～55％。

碳酸钙复合型阻燃发泡剂膏状物的生产方法：将碳酸钙复合型阻燃发泡剂膏状物配料输入低速搅拌机中搅拌，搅拌机的速度控制在600～800转/分钟，搅拌时间控制在1～20分钟，搅拌均匀后为碳酸钙复合型阻燃发泡剂膏状物，碳酸钙复合型阻燃发泡剂膏状物中已经产生部分气泡。

碳酸钙复合型阻燃发泡剂是采用由本发明人于2013年06月12日申请的“碳酸钙复合型阻燃发泡剂”，中国专利授权公告号：CN 103274724 B，授权公告日：2014年04月09日。

3、无机纤维喷涂棉混合物的配料按重量百分比由下列组分组成：无机纤维喷涂棉5～45％、轻质碳酸钙5～45％、煤矸石粉5～35％、膨胀珍珠岩粉2～25％和海藻酸钠0.01～5％。

无机纤维喷涂棉混合物的生产方法：将无机纤维喷涂棉混合物的配料输入犁耙式混料机中，低速搅拌为无机纤维喷涂棉混合物，犁耙式混料机的速度控制在800～1000转/分钟，搅拌时间控制在2～20分钟。

4、具有净化空气功能的凹凸棒陶土粉的配料按重量百分比由下列组分组成：高粘凹凸棒石粘土35～60％、凹凸棒恒湿调理剂10～35％、天然矿物吸附过滤剂5～20％、侧柏叶2～15％、硅酸铝纤维1～5％和聚丙烯酰胺0.1～3％；具有净化空气功能的凹凸棒陶土粉的生产方法：⑴将具有净化空气功能的凹凸棒陶土粉的配料混合后输入粉碎机中进行粉碎，粉碎后的混合物颗粒细度小于0.5毫米；⑵将粉状混合物加入浸泡陈腐池中用水进行浸泡陈腐处理为半成品，浸泡陈腐时间控制在7～30天；⑶将半成品输入真空挤出机中挤压成圆柱形条状物，圆柱形条状物的直径控制在2～10毫米；⑷将圆柱形条状物输入到碳酸钙晒场进行晾晒，晾晒后的圆柱形条状物含水量小于15％；⑸将晾晒后的圆柱形条状物输入磨机中进行磨粉为粉状物，粉状物的颗粒细度小于0.074毫米，含水量百分比为重量百分比。

具有净化空气功能的凹凸棒陶土粉是采用由本发明人于2011年2月25日申请的“具有净化空气功能的凹凸棒陶土粉”，中国专利授权公告号为：CN 102173743 B，授权公告日：2012年7月25日。

高粘凹凸棒石粘土是采用提高凹凸棒石粘土粘度的加工工艺生产的凹凸棒石粘土，其特征在于，从矿区开采的凹凸棒石粘土，需要经过30～120天的自然风化；改性处理方法是：以重量百分比计算，取自然风化后的凹凸棒石粘土94～98％，均匀加入2～6％碳酸钠，共同输入浸泡池中，加入清水进行浸泡陈化，浸泡时间为72～120小时；取浸泡后的凹凸棒石粘土，输入搅拌机中进行搅拌，并将搅拌后的凹凸棒石粘土，经挤压机挤成薄片，其厚度控制在0.5～2毫米，将凹凸棒石粘土薄片，进行晾晒，晾晒后的凹凸棒石粘土薄片，其含水量≤15％；配料以重量百分比计算：晾晒后的凹凸棒石粘土94～98％、高吸水树脂0.5～5％和纤维素0.5～3％，将上述配料进行搅拌，搅拌均匀后输入磨机中进行磨粉，颗粒细度≤0.074毫米，含水量百分比为重量百分比。

上述生产工艺是采用由本发明人于2005年6月20日申请的“提高凹凸棒石粘土粘度的加工工艺”，中国专利授权公告号为：CN 1317067C，授权公告日：2007年5月23日。

高粘凹凸棒石粘土的检测方法：取28.0g凹凸棒石粘土粉试样，加入高速搅拌机的悬浮液杯中，再加入372g水，将悬浮液杯置于高速搅拌机上，在11000转/分钟的转速下搅拌20分钟，再将经过高速搅拌试样悬浮液倒入250mL的烧杯中，使用NDJ-1型旋转粘度计进行测试悬浮液的粘度，测试粘度值≥2200 mPa·s为高粘凹凸棒石粘土。

本发明选用工业过氧化氢的质量分数≥35％，采取生产现场加水调整工业过氧化氢的配料百分比，有利于降低运输费用和生产成本，提高产品的发泡质量。

先将无机纤维喷涂棉混合物的配料输入犁耙式混料机中，低速搅拌为无机纤维喷涂棉混合物，有利于将无机纤维喷涂棉与轻质碳酸钙、煤矸石粉、膨胀珍珠岩粉和海藻酸钠均匀的开松、破碎、搅拌混合为一体。

虽然碳酸钙复合型阻燃发泡剂在阻燃灭火现场加水高速搅拌后，能快速释放出大量的气体，形成多孔状的泡沫泥浆，可以用于阻燃灭火，但是单纯使用碳酸钙复合型阻燃发泡剂，只能适用于地面上一般性的阻燃和防灭火，而用于在煤矿里防灭火的材料有它的特殊性，要求防灭火剂具有较好的流动性、渗透性、触变性和粘附性能，不但能在煤矿里灭火，还要有迅速隔绝燃烧煤层与空气的接触，阻止煤矿继续燃烧，避免煤层复燃的功能。

本发明由碳酸钙复合型阻燃发泡剂和无机纤维喷涂棉混合物配料后组成了一种新型碳酸钙网状凝胶泡沫泥浆防灭火剂，能快速形成一种黏稠多孔的网状凝胶泡沫泥浆。

网状凝胶泡沫泥浆通过无机纤维喷涂机喷射到燃烧的煤层，有利于在防灭火过程中生成一种整体性的网状凝胶泡沫泥浆膜，这种网状凝胶泡沫泥浆膜是一种柔韧性的薄膜，可以随着矿层的位移而改变薄膜的形状，充填于浮煤和冒落的岩石缝隙之间，堵塞漏风通道，减少漏风。

网状凝胶泡沫泥浆膜始终覆盖粘附在矿层的表面，迅速隔绝燃烧煤层与空气的接触，阻止煤矿继续燃烧，避免煤层复燃，达到阻燃和防灭火的目的，并能减少有害气体的污染，网状凝胶泡沫泥浆膜覆盖在矿层的表面不会产生大量水蒸汽，不存在水煤气爆炸和水蒸汽伤人的危险。

在防灭火的过程中，网状凝胶泡沫泥浆膜在高温下缓慢失水产生水蒸气，吸收大量热，从而能有效降低煤层内部的温度，网状凝胶泡沫泥浆膜能长时间保持一定的湿润性，防止煤层复燃；当网状凝胶泡沫泥浆膜缓慢失水后，可以往网状凝胶泡沫泥浆膜表面喷撒雾状水，网状凝胶泡沫泥浆膜内高吸水树脂和纤维素吸水继续膨胀，恢复和增强网状凝胶泡沫泥浆膜的防灭火效果，防灭火的效果将超过24小时以上。

具有净化空气功能的凹凸棒陶土粉由高粘凹凸棒石粘土、速溶硅酸钠、沸石原粉、酸化后的稻谷壳、酸化后的沸石、酸化后的凹凸棒石粘土、酸化后的膨润土、酸化后的硅藻土、火山岩、高铝矾土、侧柏叶、硅酸铝纤维和聚丙烯酰胺等原料组成；具有较好的粘结性、可塑性、触变性、耐火性和热稳定性，能有效的吸附空气中有害物质，保护环境和增进人们的身体健康。

碳酸钙网状凝胶泡沫泥浆防灭火剂在发泡过程中产生的气体比凝胶泡沫泥浆轻，会有一定量的气体游离在凝胶泡沫泥浆膜上层，不会对凝胶泡沫泥浆膜下面的煤层复燃产生负面影响，而气体中含有的氧气能有助于保护矿工或消防人员的身体健康。

碳酸钙网状凝胶泡沫泥浆防灭火剂是一种优质的阻燃防灭火材料，在进行防灭火的过程中，不产生碳化层和烟气，网状凝胶泡沫泥浆膜内的无机纤维喷涂棉纤维与其它配料交织粘接为一体，形成具有一定强度和韧性的立体网络结构，始终保持网状凝胶泡沫泥浆膜的完整性，提高防灭火的效率。

利用碳酸钙网状凝胶泡沫泥浆防灭火剂进行防灭火，工艺简单，所需设备少，无毒无害，不污染环境，具有较好的流动性、渗透性、触变性和粘附性能，有利于在自燃火灾及漏风严重的矿井现场应用，不但能有效的阻燃和防灭火，还有吸附净化空气，减少矿井内环境污染的功能，符合煤矿井下煤层防治自燃和火灾的要求，及时快速有效的灭火和防止煤层复燃，确保矿井安全。

碳酸钙网状凝胶泡沫泥浆防灭火剂适用于煤矿、其它矿井作业区和森林的防灭火。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步的描述：

1、碳酸钙网状凝胶泡沫泥浆防灭火剂的配料按重量百分比由下列组分组成：碳酸钙复合型阻燃发泡剂24％、无机纤维喷涂棉混合物22％和水54％。

碳酸钙网状凝胶泡沫泥浆防灭火剂的生产方法：将碳酸钙网状凝胶泡沫泥浆防灭火剂的配料输入犁耙式混料机中，高速搅拌为碳酸钙网状凝胶泡沫泥浆防灭火剂，犁耙式混料机的速度控制在2400～2800转/分钟，搅拌时间控制在10分钟。

2、碳酸钙复合型阻燃发泡剂配料按重量百分比由下列组分组成：碳酸钙复合型阻燃发泡剂膏状物40％、过氧化氢12％、二甲基硅油0％和水48％。

碳酸钙复合型阻燃发泡剂的生产方法：将碳酸钙复合型阻燃发泡剂配料输入高速搅拌机中进行搅拌，搅拌机的速度控制在1400～1800转/分钟，搅拌时间控制在12分钟，搅拌均匀后为碳酸钙复合型阻燃发泡剂。

碳酸钙复合型阻燃发泡剂膏状物配料按重量百分比由下列组分组成：轻质碳酸钙18％、具有净化空气功能的凹凸棒陶土粉30％、氢氧化铝6％、脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠2％、超细聚乙烯醇粉末0.5％和水43.5％。

碳酸钙复合型阻燃发泡剂膏状物的生产方法：将碳酸钙复合型阻燃发泡剂膏状物配料输入低速搅拌机中搅拌，搅拌机的速度控制在600～800转/分钟，搅拌时间控制在15分钟，搅拌均匀后为碳酸钙复合型阻燃发泡剂膏状物。

3、无机纤维喷涂棉混合物的配料按重量百分比由下列组分组成：无机纤维喷涂棉34％、轻质碳酸钙34％、煤矸石粉25％、膨胀珍珠岩粉6％和海藻酸钠1％。

无机纤维喷涂棉混合物的生产方法：将无机纤维喷涂棉混合物的配料输入犁耙式混料机中，低速搅拌为无机纤维喷涂棉混合物，犁耙式混料机的速度控制在800～1000转/分钟，搅拌时间控制在10分钟。

Claims (3)

1.一种碳酸钙网状凝胶泡沫泥浆防灭火剂，其特征在于，碳酸钙网状凝胶泡沫泥浆防灭火剂的配料按重量百分比由下列组分组成：碳酸钙复合型阻燃发泡剂5～55％、无机纤维喷涂棉混合物5～35％和水20～90％；

所述碳酸钙复合型阻燃发泡剂配料按重量百分比由下列组分组成：碳酸钙复合型阻燃发泡剂膏状物5～75％、过氧化氢1～35％、二甲基硅油0～5％和水1～85％；碳酸钙复合型阻燃发泡剂的生产方法：将碳酸钙复合型阻燃发泡剂配料输入高速搅拌机中进行搅拌，搅拌机的速度控制在1400～1800转/分钟，搅拌时间控制在1～30分钟，搅拌均匀后为碳酸钙复合型阻燃发泡剂；

碳酸钙复合型阻燃发泡剂膏状物配料按重量百分比由下列组分组成：轻质碳酸钙5～55％、具有净化空气功能的凹凸棒陶土粉5～45％、氢氧化铝1～35％、脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠0.01～15％、超细聚乙烯醇粉末0.01～5％和水5～55％；碳酸钙复合型阻燃发泡剂膏状物的生产方法：将碳酸钙复合型阻燃发泡剂膏状物配料输入低速搅拌机中搅拌，搅拌机的速度控制在600～800转/分钟，搅拌时间控制在1～20分钟，搅拌均匀后为碳酸钙复合型阻燃发泡剂膏状物；

所述无机纤维喷涂棉混合物的配料按重量百分比由下列组分组成：无机纤维喷涂棉5～45％、轻质碳酸钙5～45％、煤矸石粉5～35％、膨胀珍珠岩粉2～25％和海藻酸钠0.01～5％；无机纤维喷涂棉混合物的生产方法：将无机纤维喷涂棉混合物的配料输入犁耙式混料机中，低速搅拌为无机纤维喷涂棉混合物，犁耙式混料机的速度控制在800～1000转/分钟，搅拌时间控制在2～20分钟。

2.根据权利要求1所述的碳酸钙网状凝胶泡沫泥浆防灭火剂，其特征在于, 煤矸石粉的颗粒细度≤0.074毫米，膨胀珍珠岩粉的颗粒细度≤0.074毫米。

3.根据权利要求1所述碳酸钙网状凝胶泡沫泥浆防灭火剂的生产方法，其特征在于，将碳酸钙网状凝胶泡沫泥浆防灭火剂的配料输入犁耙式混料机中，高速搅拌为碳酸钙网状凝胶泡沫泥浆防灭火剂，犁耙式混料机的速度控制在2400～2800转/分钟，搅拌时间控制在2～20分钟。