一种矿用防灭火剂组合物及其制备和使用方法

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本发明属于矿山废弃物治理和消防技术领域，涉及一种防灭火剂组合物及其制备和使用方法。防灭火剂组合物原料组成质量百分比为：玻璃纤维类物质：1.0％～6.0％，石灰：3.0％～6.0％，黄土：3.5％～6.0％，粉煤灰：3.1％～6.2％，黏合剂：0.01％～0.03％，保水剂：0.01％～0.03％)，分散剂：0.002％～0.013％，水：80％～90％。防灭火剂组合物无毒、无害，使用安全，配比可调。阻化率高，具有较好的阻化性能。浆料在湿状态下易于流动，干后成固态网体状，具有较强的防渗封堵功能。注浆设备适应性强。可用专业注浆设备，也可用喷播设备进行施工。浆料活性期调范围大，可在1～30小时范围内调整。

1.一种矿用防灭火剂组合物的制备方法，其特征是原料组成质量百分比为：玻璃纤维类物质：1.0％～3.0％，.石灰：3.0％～6.0％，.黄土：3.5％～6.1％，.粉煤灰：3.1％～6.2％，.黏合剂：0.01％～0.03％，.保水剂：0.01％～0.03％，.分散剂：0.002％～0.013％，.水80％～90％，；玻璃纤维物质为防火棉填充材料，纤维长度＜6mm；.石灰为脱硫石灰；黄土为含砂量＜10％的二类黄土；黏合剂为丙烯酰胺；保水剂为吸水率500倍的高吸水性树脂；分散剂为二氧化硅；水为矿山再生水；制备步骤为：1).对固体材料过筛，细度控制在2mm以下；细度过大的材料，需破碎、筛分后再使用；2).按物料配比，称量各材料组分；3).向搅拌罐内注水矿山再生水，先将防火棉加入罐内进行搅拌至充分浸润，然后分别加入二类黄土、粉煤灰和脱硫石灰，搅拌20～30分钟；4).再将剩余的丙烯酰胺、保水剂、二氧化硅各组分材料加入搅拌器，搅拌10～30分钟，让浆料形成均匀且充分悬浮状态。 2.按权利要求1所述的一种矿用防灭火剂组合物的制备方法制备得到的均且呈悬浮状态的浆料的使用方法，其特征是：1).按作业规划设计的深度和密度要求，预先在煤矸石山治理作业区钻孔，钻杆为开孔钻杆；2).达到设计深度的钻杆预留在治理作业区；3).注浆专用设备或功能相近的设备通过压力软管与钻杆连接，将浆料灌注到矸石层内；注浆压力0.5～0.8MPa，流量1～2m/h，时间：至孔口出现持续反流时为止；4).作业时，选单管或多管注浆，直至全部钻杆注完；5).视降温灭火效果确定是否补灌，达到设计要求后拔除钻杆。



技术领域

本发明属于矿山废弃物治理和消防技术领域，涉及一种防灭火剂组合物及其制备和使用 方法。

背景技术

煤矸石是煤炭开采与加工过程中排放的一种含碳量低、灰分高的固体废弃物，约占煤炭 产量的10％～15％。煤矸石的大量排出形成矸石山，不仅占用宝贵的土地资源，破坏自然景 观，而且还会发生自燃，严重污染矿区大气环境，损害人体健康。防治煤矸石山自燃是当前 煤炭行业一非常紧迫的任务。

矸石山自燃是一种比较特殊的燃烧系统，可分为自燃孕育期、自燃发展期和自燃结束期 三个类型。它与一般的火灾有很大差别，如燃烧发展过程十分缓慢而隐蔽，火区的转移靠火 焰或阴燃传播，或者气流传播，易复燃等。需采用特殊的防灭火工程。

预防或熄灭自燃矸石山的根本途径是清除燃料、降温和隔氧。现有技术中采用的主要方 法有：1.消除可燃物法；2泡沫法；3.覆土法；4.挖除火源法；5.注水法；6.注浆法等。其中 注浆法被认为是最有效的方法。它是在燃烧区打孔，以注浆管对深部或浅部注入固体浓度15 ％的含土壤的碱性浆液，依靠水的蒸发降温和物质的包裹隔氧作用，达到预防或熄灭自燃矸 石的目的。

注浆采用的材料通常为黄土、岩叶、矸石、粉煤灰、尾矿等，细粒化后加水制备成浆液 后，再借助机械的力量将其压入矸石山内部，让浆液渗透充填到矸石的空隙中。但是，实际 操作中难度大，灭火效果远不尽人意。主要存在以下问题：

1)注浆是以重力流动性渗入封堵燃烧区近处的孔洞、间隙阻断空气和以水分蒸发降温达 到灭火效果。由于浆液固体含量低，颗粒物易沉浆聚集，影响注浆到位。

2)注浆材料水分含量大，易产生大量水蒸气，煤干馏产生的可燃性气体会增加，同时会 诱发更多的煤矸石氧化。

3)注浆后随着水分的蒸发，浆液骨料难以形成连续密实的封堵层，易形成漏风通道，影 响隔氧效果或引发煤矸石复燃。

发明内容

本发明的目的在于提供一种效率高、成本低、环保、节水型的防灭火材料，能克服现有 灭火材料浆液固体含量低、颗粒物易沉浆聚集，煤干馏产生的可燃性气体诱发更多的煤矸石 氧化及浆液骨料难以形成连续密实的封堵层，易形成漏风通道，影响隔氧效果或引发煤矸石 复燃的等缺陷，应用于矿山废弃物治理工程。

为实现上述目的，本发明的原则是以隔断断氧为目标，以封堵煤矸石山体的孔洞和间隙 为手段，采用专业机械设备进行喷射注浆全面封堵，起到有火灭火、无火防火，防火灭火兼 顾的作用。

一种矿用防灭火剂组合物，原料组成质量百分比为：

1.玻璃纤维类，如防火棉填充材料，纤维长度＜6mm，1.0％～3.0％

2.石灰，以脱硫石灰为宜，3.0％～6.0％

3.黄土(二类黄土，含砂量＜10％)，3.5％～6.1％

4.惰性颗粒物(粉煤灰)，3.1％～6.2％

5.黏合剂(丙烯酰胺)，0.01％～0.03％

6.保水剂(SAP-高吸水性树脂Super Absorbed Polymer，吸水率500倍)，0.01 ％～0.03％

7.分散剂(二氧化硅)0.002％～0.013％

8.水(矿山再生水)80％～90％。

配置工艺：

1.对固体材料过筛，细度控制在2mm以下；细度过大的材料，需破碎、筛分后再使用。

2.按物料配比，称量各材料组分。

3.向搅拌罐内注水矿用水，先将防火棉加入罐内进行搅拌至充分浸润，然后分别加入二 类黄土、粉煤灰和脱硫石灰，搅拌20～30分钟；

4.再将剩余的丙烯酰胺胶、保水剂、二氧化硅等各组分材料加入搅拌器，搅拌10～30分 钟，让浆料形成均匀且充分悬浮状态。

使用方法：

1.按作业规划设计的深度和密度要求，预先在煤矸石山治理作业区钻孔，钻杆为特制开 孔钻杆。

2.达到设计深度的钻杆预留在治理作业区；

3.注浆专用设备或功能相近的设备通过压力软管与钻杆连接，将浆料灌注到矸石层内。 注浆压力0.5～0.8MPa，流量1～2m3/h，时间：至孔口出现持续反流时为止。

4.作业时，可单管或多管同时注浆，直至全部钻杆注完。

5.视降温灭火效果确定是否补灌，达到设计要求后拔除钻杆。

发明原理：

防灭火剂组合物由优化的混合物组成，阻化性能高、成膜性能好。使用时，混合物压力 泵注浆管后，先对注入口附近火源表面降温，并阻断氧扩散，阻止继续氧化放热，降低煤体 内部温度，随后在压力的作用下，胶体逐濒向周围放射扩散，慢慢扩大火势熄灭圈。由于组 合物迅速包裹煤体，煤氧化产生的有毒有害气体不会逸出。浆液干后形成网状、密闭、耐高 温的无机薄膜。无机薄膜能紧铁燃烧物体表面，使其与空气和火源隔离，起到快速灭火，防 止复燃。对于未自燃的煤矸石，则起到预防自燃的作用。

技术措施

1.优化混合浆料的组成，增强浆料粘性，在进入矸石山体后，迅速包裹煤体，降低煤的 氧化活性，使煤温迅速降低，并防止高湿度氧化增温线的形成。

2.提高浆液的浓度，硬化后，密度高，增强隔离作用，并可减少用水量。

3.控制浆料骨料的粒度，使其有可能进入细小的间隙内，形成更密实的包裹层。

4.使浆液中的固体粉料在喷施到燃烧物表面前保持悬浮状态，不沉降，这样既能发挥液 体的蒸发吸热降温作用，又能达到固体物遮盖灭火的目的；

5.增加纤维，以使浆液干后形成网状、密闭、耐高温的无机薄膜。无机薄膜韧性好，抗 开裂性能强，包裹、封堵效果好而持久。

6.增加浆液的流动性(即润滑性)，防止混合搅拌时纤维结团，降低混合浆液流动过程中 的通行阻力，使浆液迅速到达孔洞和间隙。

7.采用高压、低流量的注浆方式。封堵浆料喷射压力大，冲击渗透效果明显增强。

产品特点

1.新型的防灭火剂组合物无毒、无害，使用安全，对工作环境和工人健康不会造成影响。

2.配比可调。可根据煤矸石所处的类型、基本结构和周边地理情况进行配置，工艺简单， 操作方便，配比精确，劳动强度小，可靠性高。

3.防灭火剂组合物的阻化率高，具有较好的阻化性能。

4.浆料在湿状态下易于流动，干后成固态网体状，具有较强的防渗封堵功能。

5.注浆设备适应性强。可用专业注浆设备，也可用喷播设备进行施工。

6.浆料活性期调范围大，可在1～30小时范围内调整。

具体实施方法

实施例1

用于治理自燃孕育期煤矸石山的A型防灭火剂组合物，混合物配比如下：

1.防火棉填充材料，120份

2.脱硫石灰，300份

3.二类黄土，350份

4.粉煤灰，310份

5.丙烯酰胺胶，1份

6.保水剂，1份

7.二氧化硅，0.3份

8.水，9000份

配置工艺：

1.对固体材料过筛，细度控制在2mm以下；细度过大的材料，需破碎、筛分后再使用。

2.按物料配比，称量各材料组分。

3.向搅拌罐内注水9000份矿用水，先将防火棉加入罐内进行搅拌至充分浸润，然后分 别加入二类黄土、粉煤灰和脱硫石灰，搅拌20～30分钟；

4.再将剩余的丙烯酰胺胶、保水剂、二氧化硅等各组分材料加入搅拌器，搅拌10～30分 钟，让浆料形成均匀且充分悬浮状态。

使用方法：

1.按作业规划设计的深度和密度要求，预先在煤矸石山治理作业区钻孔，钻杆为特制开 孔钻杆。

2.达到设计深度的钻杆预留在治理作业区；

3.注浆专用设备或功能相近的设备通过压力软管与钻杆连接，将浆料灌注到矸石层内。 注浆压力0.5～0.8MPa，流量1～2m3/h，时间：至孔口出现持续反流时为止。

4.作业时，可单管或多管同时注浆，直至全部钻杆注完。

5.视降温灭火效果确定是否补灌，达到设计要求后拔除钻杆。

实施例2

用于治理自燃发展期煤矸石山的B型防灭火剂组合物，混合物配比如下：

1.防火棉填充材料，150份

2.脱硫石灰，330份

3.二类黄土，360份

4.粉煤灰，350份

5.丙烯酰胺胶，1.5份

6.保水剂，2份

7.二氧化硅0.15份

8.水，7000份

配置工艺：

1.对固体材料过筛，细度控制在2mm以下；细度过大的材料，需破碎、筛分后再使用。

2.按物料配比，称量各材料组分。

3.向搅拌罐内注水7000份矿用水，先将防火棉加入罐内进行搅拌至充分浸润，然后分 别加入二类黄土、粉煤灰和脱硫石灰，搅拌20～30分钟；

4.再将剩余的丙烯酰胺胶、保水剂、二氧化硅等各组分材料加入搅拌器，搅拌10～30分 钟，让浆料形成均匀且充分悬浮状态。

使用方法：

1.按作业规划设计的深度和密度要求，预先在煤矸石山治理作业区钻孔，钻杆为特制开 孔钻杆。

2.达到设计深度的钻杆预留在治理作业区；

3.注浆专用设备或功能相近的设备通过压力软管与钻杆连接，将浆料灌注到矸石层内。 注浆压力0.5～0.8MPa，流量1～2m3/h，时间：至孔口出现持续反流时为止。

4.作业时，可单管或多管同时注浆，直至全部钻杆注完。

5.视降温灭火效果确定是否补灌，达到设计要求后拔除钻杆。

实施例3

用于治理自燃结束期煤矸石山的C型防灭火剂组合物，混合物配比如下：

1.防火棉填充材料，180份

2.脱硫石灰，350份

3.二类黄土，380份

4.粉煤灰，370份

5.丙烯酰胺胶，2份

6.保水剂，1.9份

7.二氧化硅，0.8份

8.水，5000份

配置工艺：

1.对固体材料过筛，细度控制在2mm以下；细度过大的材料，需破碎、筛分后再使用。

2.按物料配比，称量各材料组分。

3.向搅拌罐内注水5000份矿用水，先将防火棉加入罐内进行搅拌至充分浸润，然后分 别加入二类黄土、粉煤灰和脱硫石灰，搅拌20～30分钟；

4.再将剩余的丙烯酰胺胶、保水剂、二氧化硅等各组分材料加入搅拌器，搅拌10～30分 钟，让浆料形成均匀且充分悬浮状态。

使用方法：

1.按作业规划设计的深度和密度要求，预先在煤矸石山治理作业区钻孔，钻杆为特制开 孔钻杆。

2.达到设计深度的钻杆预留在治理作业区；

3.注浆专用设备或功能相近的设备通过压力软管与钻杆连接，将浆料灌注到矸石层内。 注浆压力0.5～0.8MPa，流量1～2m3/h，时间：至孔口出现持续反流时为止。

4.作业时，可单管或多管同时注浆，直至全部钻杆注完。

5.视降温灭火效果确定是否补灌，达到设计要求后拔除钻杆。

本文标签： 灭火剂组合使用方法矿用防