一種氣化灰渣凝膠防滅火材料、使用方法及應(yīng)用與流程

一種氣化凝膠滅火材料用方及應(yīng)與流1.本發(fā)明涉及滅火材料技術(shù)領(lǐng)，具體涉及一種氣灰渣凝膠防滅火料、使用方法及應(yīng)用背技：2.我國(guó)煤炭資豐富，大小煤田布全國(guó)各地，煤炭是目前我國(guó)的主能源，在能源結(jié)構(gòu)占據(jù)主導(dǎo)地位。著煤炭開采技術(shù)高速發(fā)展，新建、建礦井增多和開采度、開采深度增，礦井防滅火問顯得尤為突出，煤自燃火災(zāi)防治形式越來越嚴(yán)峻。按去的經(jīng)驗(yàn)只要是自燃煤層工作面，盲目的采取所有的有防滅火技術(shù)措，比如棗礦集團(tuán)煤礦單個(gè)工作面就取了注水、注黃泥、注粉煤灰漿、灑阻化劑、注氮注惰性泡沫等滅火法，以上方法和術(shù)雖然在抑制煤自燃方面起到了大的作用，但也存一些局限性。首先水、注漿等方法于材料的自身重力作用，漿液會(huì)低處流淌不能在高處存，難以撲滅高處面積火源。注氮滅火技術(shù)較好，但采空區(qū)密封高濃度氮?dú)獯嬖谛实瓦\(yùn)行成本高、技復(fù)雜等難題。3.此外，目前開的高分子防滅凝膠類或高分子復(fù)材料，由于其一采用單一的吸水材料其復(fù)合材料只是純地考慮降低材成本，加入一些低本的黃泥、粉煤灰無機(jī)材料，在使過程中，高分子吸水樹脂在溶水成凝膠時(shí)吸水效果大折扣且過一段時(shí)凝膠會(huì)析水最終干結(jié)失去果。4.近年來，研者開發(fā)出一種新的滅火劑—凝膠滅火劑。凝膠滅劑是由凝膠和水按照一定例混合形成的膠?，F(xiàn)階段凝膠滅劑中的凝膠材料主分為無機(jī)凝膠(如水璃)和高分子凝膠(如聚丙酰胺和聚丙烯酸凝膠)，它們各自具有不同的質(zhì)。無機(jī)凝膠滅劑的網(wǎng)狀骨架結(jié)是無機(jī)材料，熱穩(wěn)性好，在高溫下緩失水產(chǎn)生水蒸氣吸收大量熱，從能有效降低溫度，體無毒無害、不污環(huán)境，對(duì)設(shè)備無蝕性，成膠工藝單，便于現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用但成本相對(duì)較高。分子凝膠滅火劑過在黃土、細(xì)砂礦粉、泥砂、粉煤等漿液中加入少量些親水性材料(基料)，使?jié){液稠度增加，觀上更加均勻，具有良好的變性，但是泥漿濃度過大，則流性很差，容易阻塞路，并且由于制時(shí)需要大量的粉灰和黃土，具有定的運(yùn)輸成本，故度越大，則成本也越高。因此急需發(fā)一種成本低、水速度慢、成膠速快、無污染且防效率好的防火凝材料。技實(shí)要素：5.本發(fā)明的目是為了克服現(xiàn)有術(shù)中的問題，提供種氣化灰渣凝膠滅火材料。6.本發(fā)明的目之一是提供了一氣化灰渣凝膠防滅材料，由以下質(zhì)分?jǐn)?shù)的原料組分組成：0.25％-0.5％的分散懸浮、1％-1.66％的膠凝、1％-2％的促凝劑，其為灰渣漿液；中，所述灰渣漿由氣化灰渣和水合制成，氣化灰渣和的水灰質(zhì)量比為2：0.4～2。7.較佳地，分懸浮劑為羧甲基維素或鈉基膨潤(rùn)土8.較佳地，膠劑為羥甲基丙基維素。9.較佳地，促劑為碳酸鈉、乙鈉或磷酸鈉。10.本發(fā)明的目的二是提供氣化灰凝膠防滅火材料的用方法，將灰渣液、分散懸浮劑入攪拌機(jī)中混合5～10分，待混合均勻后過管道輸送至礦井著火區(qū)域及堵區(qū)域，按照實(shí)防滅火需求，在送管道末端加入膠劑和促凝劑制成膠時(shí)間可控的灌漿滅火材料。11.本發(fā)明的目的三是提供氣化灰凝膠防滅火材料在防采空區(qū)煤自燃面的應(yīng)用。12.與現(xiàn)有技術(shù)相，本發(fā)明的有益果是：13.本發(fā)明的一種化灰渣凝膠防滅材料，將氣化灰渣液與分散懸浮劑分混合，有利于提氣化灰渣漿液的浮效果，從而有避免堵管現(xiàn)象，便運(yùn)輸。14.本發(fā)明的一種化灰渣凝膠防滅材料，在氣化灰渣液中加入膠凝劑能夠顯著提高氣化渣凝膠的熱穩(wěn)定、保水率和強(qiáng)度膠凝劑的加入能夠水分子固定在網(wǎng)狀架中，同時(shí)與氣顆粒物間發(fā)生交作用使其顆粒物填在高分子網(wǎng)狀膠體構(gòu)之間，還能起填充和增加強(qiáng)度作用，增強(qiáng)了其防火效果。15.本發(fā)明的一種化灰渣凝膠防滅材料，氣化灰渣漿加膠凝劑防滅火理：氣化灰渣漿入一定量的膠凝，再加入一定比的促凝劑即可通過學(xué)反應(yīng)形成的復(fù)合體。復(fù)合膠體中主體骨架為網(wǎng)狀構(gòu)，泥漿中的氣化渣則主要以混合物質(zhì)的形態(tài)充填于狀結(jié)構(gòu)骨架之間由于氣化灰渣漿添膠凝劑后，水被固在凝膠網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，因而其蒸汽壓低，在高溫下失水度較慢。自由水在100℃近吸收熱能使分運(yùn)動(dòng)平均能量加，部分能量高水分子脫離分子的相互作用而成氣態(tài)。由于復(fù)合體中的水分與網(wǎng)狀構(gòu)的骨架間作用力于水分子間力，以其脫水速度比慢得多。16.本發(fā)明的一種化灰渣凝膠防滅材料，在氣化灰渣液中加入促凝劑能夠調(diào)節(jié)漿液的ph值，進(jìn)了漿液成膠，短了膠凝時(shí)間，夠較好地應(yīng)對(duì)井中的火災(zāi)突發(fā)事，達(dá)到火災(zāi)防治目的。17.本發(fā)明的一種化灰渣凝膠防滅材料，其組成安全靠，在滅火時(shí)不產(chǎn)生毒氣帶來次生失，且滅火后的留物不會(huì)造成環(huán)污染，使用安全，潔環(huán)保。18.本發(fā)明的一種化灰渣凝膠防滅材料，實(shí)現(xiàn)了氣化渣的有效利用，我國(guó)煤制油產(chǎn)業(yè)綠低碳、循環(huán)發(fā)展到指導(dǎo)意義和作。附圖說明19.圖1為本實(shí)施煙煤原煤樣程序溫過程中co在不同溫度下的變化20.圖2為本實(shí)施煙煤原煤樣程序溫過程中c2h4在不同溫度下的變；21.圖3為本實(shí)施無煙煤原煤樣程升溫過程中在不同度下的變化；22.圖4為本實(shí)施無煙煤原煤樣程升溫過程中c2h4在不同溫度下的化；23.圖5為本實(shí)施褐煤原煤樣程序溫過程中co在不同溫度下的變化24.圖6為本實(shí)施褐煤原煤樣程序溫過程中c2h4在不同溫度下的變。具體實(shí)施方式25.下面結(jié)合附圖1-6，對(duì)本發(fā)明的具實(shí)施方式進(jìn)行細(xì)描述，但應(yīng)當(dāng)解本發(fā)明的保護(hù)圍并不受具體實(shí)施方式限制?；诒景l(fā)中的實(shí)施例，本域普通技術(shù)人員在有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的有其他實(shí)施例，屬于本發(fā)明保護(hù)的圍。26.實(shí)施例127.本發(fā)明提供的種氣化灰渣凝膠滅火材料，由以下量分?jǐn)?shù)的原料組組成：0.5％的分散浮劑、1.33％的膠凝劑、1.33％的促劑，其余為灰渣液；其中，所述渣漿液由氣化灰和水混合制成，化灰渣和水的水灰量比為2：1；28.其中，分散懸劑為羧甲基纖維，膠凝劑為羥甲基基纖維素，促凝為碳酸鈉。29.實(shí)施例230.本發(fā)明提供的種氣化灰渣凝膠滅火材料，包括由下質(zhì)量濃度的原組分組成：灰渣漿、0.5％分散懸浮劑、1.33％膠凝劑1.33％促凝劑，中，所述灰渣漿液由化灰渣和水混合成，氣化灰渣和的水灰質(zhì)量比為2：1.5；31.其中，分散懸劑為羧甲基纖維，膠凝劑為羥甲基基纖維素，促凝為碳酸鈉。32.實(shí)施例333.本發(fā)明提供的種氣化灰渣凝膠滅火材料，包括由下質(zhì)量濃度的原組分組成：灰渣漿、0.5％分散懸浮劑、1.25％膠凝劑1.33％促凝劑，中，所述灰渣漿液由化灰渣和水混合成，氣化灰渣和的水灰質(zhì)量比為2：2；34.其中，分散懸劑為羧甲基纖維，膠凝劑為羥甲基基纖維素，促凝為碳酸鈉。35.實(shí)施例436.本發(fā)明提供的種氣化灰渣凝膠滅火材料，由以下量分?jǐn)?shù)的原料組組成：0.5％的分散浮劑、1.33％的膠凝劑、1.33％的促劑，其余為灰渣液；其中，所述渣漿液由氣化灰和水混合制成，化灰渣和水的水灰量比為2：1；37.其中，分散懸劑為鈉基膨潤(rùn)土膠凝劑為羥甲基丙纖維素，促凝劑碳酸鈉。38.實(shí)施例539.本發(fā)明提供的種氣化灰渣凝膠滅火材料，由以下量分?jǐn)?shù)的原料組組成：0.5％的分散浮劑、1.33％的膠凝劑、1.33％的促劑，其余為灰渣液；其中，所述渣漿液由氣化灰和水混合制成，化灰渣和水的水灰量比為2：1；40.其中，分散懸劑為羧甲基纖維，膠凝劑為羥甲基基纖維素，促凝為乙酸鈉。41.實(shí)施例642.本發(fā)明提供的種氣化灰渣凝膠滅火材料，由以下量分?jǐn)?shù)的原料組組成：0.5％的分散浮劑、1.33％的膠凝劑、1.33％的促劑，其余為灰渣液；其中，所述渣漿液由氣化灰和水混合制成，氣化灰渣和水的灰質(zhì)量比為2：1；43.其中，分散懸劑為羧甲基纖維，膠凝劑為羥甲基基纖維素，促凝為磷酸鈉。44.分散懸浮劑羧基纖維素cmc屬于高分子合物，通過靜電間位阻效應(yīng)使固體在漿液中形穩(wěn)定的分散體系當(dāng)向cmc加入氣化灰渣漿液后，方面，cmc在溶液中發(fā)電離，帶負(fù)電性，甲基可以通過氫、靜電作用與氣化渣顆粒結(jié)合；另方面，cmc的聚合物骨架構(gòu)與纖維素相似在側(cè)鏈上存在大量親水基團(tuán)，鏈則在溶劑中充伸展，并且水溶中為薄片狀和線狀化分子聚集體的分均勻，形成孔隙寸較小且形態(tài)復(fù)的，在固/液界面處形成一層屏障阻，阻了固體顆粒沉降本發(fā)明的預(yù)防采區(qū)煤自燃的防滅火料中的分散懸浮劑cmc有于提高氣化灰漿液的懸浮效果從而有效避免堵現(xiàn)象。45.上述的一種預(yù)采空區(qū)煤自燃的滅火材料，膠凝劑甲基丙基纖維素hpmc屬于線性分子材料，溶于后與漿液中的固顆粒結(jié)合，在凝膠子周圍形成水分子層既能降低凝膠粒的表面能，又能止凝膠粒子相互靠。首先，會(huì)形成一數(shù)量的聚集體，后聚集體間的距逐步縮小。最終產(chǎn)含有大量水的網(wǎng)絡(luò)構(gòu)，即形成凝膠本發(fā)明的預(yù)防采區(qū)煤自燃的防滅火材料中的膠凝劑提高防滅火材料的熱定性，將水分子定在網(wǎng)狀構(gòu)架中使失去流動(dòng)性，減弱水分損失，增強(qiáng)其防滅火效果。46.上述的一種預(yù)采空區(qū)煤自燃的滅火材料，促凝劑na2co3，其特征在于，因?yàn)閚a2co3水溶在水中完全電離得到na和hco3-。由于hco3-會(huì)發(fā)生水解反應(yīng)生成co32-和oh-，因此溶液呈堿。隨著na2co3的添加，漿液液ph值升高，促進(jìn)了液成膠，縮短了膠凝間，能夠較好地對(duì)礦井中的火災(zāi)發(fā)事故，達(dá)到火災(zāi)治的目的。47.上述氣化灰渣膠防滅火材料的用方法，所述將灰漿液、分散懸浮加入攪拌機(jī)中混合～10分鐘，待混合均勻后行管道輸送，按實(shí)際防滅火需求，在輸送管道端加入膠凝劑和凝劑制成膠凝時(shí)可控的灌漿防滅火料；上述預(yù)防采區(qū)浮煤自燃的材通過灌漿管道灌至煤礦著火區(qū)域及堵區(qū)域。該應(yīng)用對(duì)障煤礦安全高效采提供幫助。同氣化灰渣屬于三廢放物，該應(yīng)用實(shí)現(xiàn)氣化灰渣的有效用，對(duì)我國(guó)煤制產(chǎn)業(yè)綠色低碳、循發(fā)展起到指導(dǎo)意義作用。48.試驗(yàn)例1：49.利用程序升溫序和氣相色譜，過對(duì)比分析，對(duì)氣灰渣漿添加分散浮劑、膠凝劑、促劑在抑制煙煤氧自燃過程的作用果進(jìn)行分析驗(yàn)證。50.實(shí)驗(yàn)對(duì)比材料配比如表1：51.52.下面分對(duì)表1中的材料進(jìn)行程序溫實(shí)驗(yàn)，并采用相色譜儀分析co與c2h4在40℃220℃的濃度變化：53.由圖1、圖可以看出：54.(1)由程序溫過程中取得的煤氣體數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，煙煤co在80℃出現(xiàn)，之后隨溫度加含量呈指數(shù)級(jí)長(zhǎng)；55.(2)c2h4是130℃之后出現(xiàn)，隨后其濃也是隨溫度增加指數(shù)級(jí)增長(zhǎng)。而對(duì)于經(jīng)過cacl2、氣化灰渣凝膠處過的煤樣，co和c2h4氣體也分別100℃和130℃產(chǎn)生，且濃度較大但氣體濃度與原樣相比均表現(xiàn)出不幅度的下降。56.(3)凝膠對(duì)煤處理后，產(chǎn)生co和c2h4氣體濃度相比煙煤原樣分別下降了52.1％和38.2％57.煤與氧氣在升氧化過程中，生co、co2以及其他產(chǎn)物，反應(yīng)方為：58.coalo2→mcogco2其他物(1)59.根據(jù)化學(xué)反應(yīng)力方程阿倫尼烏方程可知，任意溫下煤氧之間發(fā)生學(xué)反應(yīng)的反應(yīng)速率：[0060][0061]由式(2)可知co的反速率為：[0062][0063]式中，v(y)為應(yīng)速率；tk為煤體的熱力學(xué)度，k；k0為指數(shù)前因子m為反應(yīng)級(jí)數(shù)；為空氣氧氣摩爾濃度，mol/m3ea為活化能，kj/mol；r氣體常數(shù)，8.314kj/(k·mol)。[0064]由于原始煤體中在一定原始的co2，而煤內(nèi)一般不存在原的co氣體，因此在任意溫度時(shí)氧反應(yīng)速率以co計(jì)量。[0065]設(shè)經(jīng)加熱后的干氣僅沿煤樣罐的向流動(dòng)，且煤樣量與保持不變，沿樣罐軸向某處煤體co生成速率為：[0066]s·vcodx＝k·vg·dc(4)[0067]式中，s為煤罐的截面積，m2；vco為co的生成速，mol/m3；k為單位換算系，22.4×109；c為煤氧過程中co生成量，ppm；vg為氣流速率，m3/s。[0068]將(4)帶入式(3)兩邊分并取自然對(duì)數(shù)：[0069][0070]由式(5)可知，根lncout與1/ti計(jì)算并作圖，得斜率k即可求出煤樣的活能ea。[0071]按上述方法對(duì)程升溫過程中經(jīng)氣色譜所測(cè)濃度分取40℃、60℃、80℃、100℃、120℃的濃度進(jìn)行計(jì)算作圖處理，即得到煤煤樣經(jīng)防滅火化材料處理前后的活能。如表2所示。[0072]表2煙煤反應(yīng)的活能(kj/mol)[0073][0074]煤樣經(jīng)cacl2和凝處理后其活化能一定幅度的提升。煤在經(jīng)氣化灰渣膠處理后，在程升溫氧化自燃過中，其活化能分增加了11.12kj/mol，增長(zhǎng)幅度分別為18.6％。說明化材料的加入降了煤的氧化反應(yīng)速，抑制了煤氧反進(jìn)程。凝膠處理后活化能大于cacl2處理后活化能，說明阻性能優(yōu)于cacl2。[0075]實(shí)驗(yàn)例2：[0076]利用程序升溫程和氣相色譜，通對(duì)比分析，對(duì)氣灰渣漿添加分散懸劑、膠凝劑、促劑在抑制無煙煤化自燃過程的作效果進(jìn)行分析驗(yàn)證[0077]實(shí)驗(yàn)對(duì)比材料和比如表3：[0078][0079]下面分別對(duì)表3中材料進(jìn)行程序升實(shí)驗(yàn)，并采用氣相譜儀分析co與c2h4在40℃至220℃濃度變化：[0080]由圖3、圖4可看出：[0081](1)經(jīng)氣化灰渣凝處理后的無煙煤樣比經(jīng)cacl2處理后的煤樣氣體度下降的幅度更大，co在起始溫度40℃開始出現(xiàn)當(dāng)溫度升高至220℃時(shí)原煤co濃度達(dá)到10073ppm，而經(jīng)cacl2和氣化渣凝膠處理后的樣co濃度分別下降至8527ppm和6242ppm，下幅度分別為15.3％和38.1％；[0082](2)經(jīng)氣化灰渣凝處理后的煤樣出c2h4氣體的起始溫度則由160℃上升至170℃，在220℃濃度則由6.86ppm下降至4.45ppm2.35ppm，經(jīng)cacl2和氣化灰渣凝膠處后的煤樣產(chǎn)生的c2h4下降幅分別為35.1％和65.8％，說明氣化灰渣凝膠阻化效果優(yōu)于常的阻化劑cacl2。[0083]煤與氧氣在升溫化過程中，生成co、co2以及其產(chǎn)物，反應(yīng)方程：[0084]coalo2→mcogco2其他物(1)[0085]根據(jù)化學(xué)反應(yīng)動(dòng)方程阿倫尼烏斯程可知，任意溫下煤氧之間發(fā)生化反應(yīng)的反應(yīng)速率為[0086][0087]由式(2)可知co的反速率為：[0088][0089]式中，v(y)為應(yīng)速率；tk為煤體的熱力學(xué)度，k；k0為指數(shù)前因子m為反應(yīng)級(jí)數(shù)；為空氣氧氣摩爾濃度，mol/m3ea為活化能，kj/mol；r氣體常數(shù)，8.314kj/(k·mol)。[0090]由于原始煤體中在一定原始的co2，而煤內(nèi)一般不存在原的co氣體，因此在任意溫度時(shí)氧反應(yīng)速率以co計(jì)量。[0091]設(shè)經(jīng)加熱后的干氣僅沿煤樣罐的向流動(dòng)，且煤樣量與保持不變，沿樣罐軸向某處煤體co生成速率為：[0092]s·vcodx＝k·vg·dc(4)[0093]式中，s為煤罐的截面積，m2；vco為co的生成速，mol/m3；k為單位換算系，22.4×109；c為煤氧過程中co生成量，ppm；vg為氣流速率，m3/s。[0094]將(4)帶入式(3)兩邊分并取自然對(duì)數(shù)：[0095][0096]由式(5)可知，根lncout與1/ti計(jì)算并作圖，得斜率k即可求出煤樣的活能ea。[0097]按上述方法對(duì)程升溫過程中經(jīng)氣色譜所測(cè)濃度分取40℃、60℃、80℃、100℃、120℃的濃度進(jìn)行計(jì)算作圖處理，即得到煙煤煤樣經(jīng)防滅阻化材料處理前后的化能。如表4所示。[0098]表4無煙煤反應(yīng)的化能(kj/mol)[0099][0100]無煙煤經(jīng)cacl2和膠處理后其活化有一定幅度的提升無煙煤在經(jīng)氣化渣凝膠處理后，程序升溫氧化自過程中，其活化增加了4.18kj/mol，增長(zhǎng)幅度分別為6.5。說明阻化材料加入降低了煤的化反應(yīng)速率，抑制煤氧反應(yīng)進(jìn)程。膠處理后的活化大于cacl2處理后的活化能，說阻化性能優(yōu)于cacl2。[0101]實(shí)驗(yàn)例3：[0102]利用程序升溫程和氣相色譜，通對(duì)比分析，對(duì)氣灰渣漿添加分散懸劑、膠凝劑、促劑在抑制褐煤氧自燃過程的作用果進(jìn)行分析驗(yàn)證。[0103]實(shí)驗(yàn)對(duì)比材料和比如表5：[0104][0105]下面分別對(duì)表1中材料進(jìn)行程序升實(shí)驗(yàn)，并采用氣相譜儀分析co與c2h4在40℃至220℃濃度變化：[0106]由圖5、圖6可看出：[0107](1)對(duì)于用作發(fā)電燃料、化工原料褐煤，與無煙煤和煤相比，其co和c2h4氣體濃度相對(duì)上升；[0108](2)對(duì)于褐煤原煤，其co濃度在70℃達(dá)到94.82ppm，c2h4在度出現(xiàn)，濃度為1.569ppm，溫升高至200℃時(shí)，co和c2h4氣體度分別達(dá)到19703ppm和88.86ppm；經(jīng)cacl2和氣化渣凝膠處理后的樣co濃度分別降至15038ppm和9242ppm，下幅度達(dá)到21.2％和51.5％c2h4氣體的在200℃時(shí)濃則由88.86ppm下降67.45ppm和49.35ppm，下幅度分別為24.1％和44.5％。[0109]煤與氧氣在升溫化過程中，生成co、co2以及其產(chǎn)物，反應(yīng)方程：[0110]coalo2→mcogco2其他物(1)[0111]根據(jù)化學(xué)反應(yīng)動(dòng)方程阿倫尼烏斯程可知，任意溫下煤氧之間發(fā)生化反應(yīng)的反應(yīng)速率為[0112][0113]式(2)可知co反應(yīng)速率為：[0114][0115]式中，v(y)為應(yīng)速率；tk為煤體的熱力學(xué)度，k；k0為指數(shù)前因子m為反應(yīng)級(jí)數(shù)；為空氣氧氣摩爾濃度，mol/m3ea為活化能，kj/mol；r氣體常數(shù)，8.314kj/(k·mol)。[0116]由于原始煤體中在一定原始的co2，而煤內(nèi)一般不存在原的co氣體，因此在任意溫度時(shí)氧反應(yīng)速率以co計(jì)量。[0117]設(shè)經(jīng)加熱后的干氣僅沿煤樣罐的向流動(dòng)，且煤樣量與co2保持不變，沿煤罐軸向某處煤體co生成速率為：[0118]s·vcodx＝k·vg·dc(4)[0119]式中，s為煤罐的截面積，m2；vco為co的生成速，mol/m3；k為單位換算系，22.4×109；c為煤氧過程中co生成量，ppm；vg為氣流速率，m3/s。(4)帶入式(3)兩邊積分并取自對(duì)數(shù)得：[0120][0121]由式(5)可知，根lncout與1/ti計(jì)算并作圖，得斜率k即可求出煤樣的活能ea。[0122]按上述方法對(duì)程升溫過程中經(jīng)氣色譜所測(cè)濃度分取40℃、60℃、80℃、100℃、120℃的濃度進(jìn)行計(jì)算作圖處理，