本发明涉及煤矿或煤矸石山的防火灭火技术领域，尤其涉及一种煤矿或煤矸石山用防火灭火复合材料及其制备方法。
背景技术：
在我国，自然发火危险程度为严重或较严重的煤矿占大中型煤矿总数的72.86％，自然发火灾害较严重的西北、东北、华东等地区每年由于煤自然发火而损失的煤炭资源达到2亿吨左右。在煤炭开采、运输和储存过程中均有可能发生煤自燃灾害，尤其是在煤炭开采过程中，煤自燃不仅会损失大量的煤炭资源，而且容易诱发瓦斯爆炸事故，这会严重危及井下人员的生命安全。因此防治煤矿自燃是当前煤炭行业的紧迫任务之一。
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％。煤矸石的大量排放会堆积成煤矸石山，这不仅会占用宝贵的土地资源，破坏自然景观，而且会发生自燃，严重污染矿区大气环境，损害人体健康，因此防治煤矸石山自燃也是当前煤炭行业的紧迫任务之一。
煤矿自燃和煤矸石山自燃都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。与一般的火灾相比，煤矿自燃和煤矸石山自燃具有燃烧发展过程缓慢而隐蔽、火区的转移靠火焰、阴燃或气流传播、容易复燃等特点，因此需要采用特殊的防火灭火工程。
目前，预防(或熄灭)煤矿或煤矸石山自燃的方法主要有消除可燃物法、挖除火源法、泡沫法、覆土法、注水法、注浆法等，其中使用最为广泛的是注浆法。在现有技术中，注浆法主要是在煤矿或煤矸石山的燃烧区打孔，然后借助机械的力量将固体含量为15％的灭火材料浆液(该灭火材料浆液是由黄土、岩叶、矸石、尾矿、粉煤灰等材料经细粒化处理后加水制备而成的)通过注浆管注入到燃烧区的内部，使灭火材料浆液渗透充填到煤矿或煤矸石的空隙中，从而依靠水分的蒸发降温和灭火材料浆液中固体物质的包裹隔氧作用，可以达到有效预防(或熄灭)煤矿或煤矸石山自燃的目的。但是，现有的注浆法至少存在以下问题：①灭火材料浆液是利用重力流动性渗入封堵燃烧区的孔洞和间隙来阻断空气并结合水分的蒸发降温来达到灭火效果，但是由于现有灭火材料浆液中的固体含量较低，其中的固体颗粒物易沉浆聚集，这会影响注浆到位；②现有灭火材料浆液中的水分含量大，易产生大量水蒸气，煤干馏产生的可燃性气体会增加，这容易诱发更多的煤氧化，促进自燃；③注浆后随着灭火材料浆液中的水分蒸发，现有灭火材料浆液中的固体颗粒物难以形成连续密实的封堵层，容易形成漏风通道，这会影响隔氧效果，甚至导致煤矿或煤矸石复燃。
技术实现要素：
为了解决现有技术中的上述技术问题，本发明提供了一种煤矿或煤矸石山用防火灭火复合材料及其制备方法，不仅解决了现有灭火材料浆液的固体含量低、固体颗粒物易沉浆聚集，水分含量大、易产生大量水蒸气从而诱发更多的煤氧化，以及水分蒸发后固体颗粒物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等技术问题，而且天然环保、高效节水，十分适用于煤矿及煤矸石山的环境治理、生态修复等工程。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
一种煤矿或煤矸石山用防火灭火复合材料，按质量百分比，由以下组分组成：
纤维长度小于6mm的防火棉，1.0％～3.0％；
石灰，2.0％～6.0％；
黄土，3.0％～6.1％；
粉煤灰，3.0％～6.2％；
黄原胶，0.001％～0.04％；
瓜尔胶，0.001％～0.04％；
四硼酸钠，0.001％～0.013％；
水，余量。
优选地，所述的防火棉、石灰、黄土和粉煤灰的粒度均在200mm以下。
一种煤矿或煤矸石山用防火灭火复合材料的制备方法，包括以下步骤：
步骤A、按照权利要求1中所述的防火灭火复合材料的组分配比，分别称取粒度为200mm以下且纤维长度小于6mm的防火棉、粒度为200mm以下的石灰、粒度为200mm以下的黄土、粒度为200mm以下的粉煤灰、黄原胶、瓜尔胶、四硼酸钠和水；
步骤B、向搅拌器内加入所述的水，再加入所述的粒度为200mm以下且纤维长度小于6mm的防火棉并搅拌，直至所述防火棉充分浸润；然后向搅拌器内加入所述的粒度为200mm以下的石灰、粒度为200mm以下的黄土及粒度为200mm以下的粉煤灰，并搅拌10～15分钟；
步骤C，向步骤B处理后的搅拌器内加入所述的黄原胶、瓜尔胶和四硼酸钠，并搅拌40～50分钟，使搅拌器内的混合浆料形成均匀且充分悬浮状态，从而即制得所述的煤矿或煤矸石山用防火灭火复合材料。
优选地，还包括：分别对纤维长度小于6mm的防火棉、石灰、黄土或粉煤灰进行粉碎和筛分，从而得到粒度为200mm以下且纤维长度小于6mm的防火棉、粒度为200mm以下的石灰、粒度为200mm以下的黄土或粒度为200mm以下的粉煤灰。
由上述本发明提供的技术方案可以看出，本发明所提供的煤矿或煤矸石山用防火灭火复合材料主要以隔水断氧为目标，以封堵煤矿或煤矸石的缝隙为手段，当借助机械的力量将本发明的防火灭火复合材料注入到煤矿或煤矸石的内部后，本发明的防火灭火复合材料能够渗透充填到煤矿或煤矸石的孔洞和间隙中，并对煤矿及煤矸石山体的孔洞和间隙进行全面封堵，从而降低了煤矿或煤矸石的缝隙中的空气进入量，控制了燃烧的氧气供给，并且减少了雨水入渗量，消除了氧化增热的诱发因素，因此本发明所提供的防火灭火复合材料能够起到有火灭火、无火防火，防火灭火的作用。
具体实施方式
下面对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。
下面对本发明的煤矿或煤矸石山用防火灭火复合材料及其制备方法进行详细描述。
一种煤矿或煤矸石山用防火灭火复合材料，按质量百分比，该防火灭火复合材料由纤维长度小于6mm的防火棉1.0％～3.0％、石灰2.0％～6.0％、黄土3.0％～6.1％、粉煤灰3.0％～6.2％、黄原胶0.001％～0.04％、瓜尔胶0.001％～0.04％、四硼酸钠0.001％～0.013％和余量的水组成。
其中，所述的防火棉、石灰、黄土和粉煤灰的粒度均在200mm以下。所述的石灰最好采用现有技术中的脱硫石灰；所述的黄土最好采用现有技术中的二类黄土；所述的水最好采用现有技术中的矿山再生水。
具体地，该防火灭火复合材料的制备方法可以包括以下步骤：
步骤A、按照纤维长度小于6mm的防火棉为1.0％～3.0％、石灰为3.0％～6.0％、黄土为3.5％～6.1％、粉煤灰为3.1％～6.2％、黄原胶为0.01％～0.03％、瓜尔胶为0.01％～0.03％、四硼酸钠为0.002％～0.013％、余量为水的质量百分比，分别称取粒度为200mm以下且纤维长度小于6mm的防火棉、粒度为200mm以下的石灰、粒度为200mm以下的黄土、粒度为200mm以下的粉煤灰、黄原胶、瓜尔胶、四硼酸钠和水。在实际应用中，可以分别对纤维长度小于6mm的防火棉、石灰、黄土或粉煤灰进行粉碎和筛分，从而得到粒度为200mm以下且纤维长度小于6mm的防火棉、粒度为200mm以下的石灰、粒度为200mm以下的黄土或粒度为200mm以下的粉煤灰。
步骤B、向搅拌器内加入所述的水，再加入所述的粒度为200mm以下且纤维长度小于6mm的防火棉并搅拌，直至所述防火棉充分浸润；然后向搅拌器内加入所述的粒度为200mm以下的石灰、粒度为200mm以下的黄土及粒度为200mm以下的粉煤灰，并搅拌10～15分钟。
步骤C，向步骤B处理后的搅拌器内加入所述的黄原胶、瓜尔胶和四硼酸钠，并搅拌40～50分钟，使搅拌器内的混合浆料形成均匀且充分悬浮状态，从而即制得所述的煤矿或煤矸石山用防火灭火复合材料。
进一步地，本发明所提供的煤矿或煤矸石山用防火灭火复合材料采用足量的防火棉、石灰、黄土和粉煤灰作为固体颗粒物，并添加具有悬浮增稠粘合作用的黄原胶和瓜尔胶以及具有交联作用的四硼酸钠，从而能够克服现有灭火材料浆液中的固体含量较低，固体颗粒物易沉浆聚集，注浆不到位的问题；由于本发明所提供的防火灭火复合材料具有更好的密封、增强、粘合、吸水等作用，因此雨水很难渗入到煤矿或煤矸山内部产生煤氧化作用，从而能够克服现有技术中难以形成连续密实封堵层，容易产生漏风通道导致煤矿或煤矸石复燃的问题。
为了更加清晰地展现出本发明所提供的技术方案及所产生的技术效果，下面以具体实施例对本发明实施例所提供的煤矿或煤矸石山用防火灭火复合材料及其制备方法进行详细描述。
实施例1
一种煤矿或煤矸石山用防火灭火复合材料，按质量百分比，该防火灭火复合材料由纤维长度小于6mm的防火棉1.19％、石灰2.98％、黄土为3.47％、粉煤灰为3.07％、黄原胶为0.00992％、瓜尔胶为0.00992％、四硼酸钠为0.00298％和余量的水组成。
具体地，本发明实施例1所提供的防火灭火复合材料的制备方法包括以下步骤：
步骤a1、分别对纤维长度小于6mm的防火棉、石灰、黄土或粉煤灰进行粉碎和筛分，从而得到粒度为200mm以下且纤维长度小于6mm的防火棉、粒度为200mm以下的石灰、粒度为200mm以下的黄土或粒度为200mm以下的粉煤灰。
步骤b1、按质量份计，分别称取120份粒度为200mm以下且纤维长度小于6mm的防火棉、300份粒度为200mm以下的脱硫石灰、350份粒度为200mm以下的二类黄土、310份粒度为200mm以下的粉煤灰、1份黄原胶、1份瓜尔胶、0.3份四硼酸钠和9000份水(相当于按照质量百分比计，纤维长度小于6mm的防火棉约为1.19％、石灰约为2.98％、黄土约为3.47％、粉煤灰约为3.07％、黄原胶约为0.00992％、瓜尔胶约为0.00992％、四硼酸钠约为0.00298％、余量为水)。
步骤c1、向搅拌器内加入步骤b1称取的9000份水，再加入步骤b1称取的120份粒度为200mm以下且纤维长度小于6mm的防火棉并搅拌，直至所述防火棉充分浸润；然后向搅拌器内加入步骤b1称取的300份粒度为200mm以下的脱硫石灰、350份粒度为200mm以下的二类黄土及310份粒度为200mm以下的粉煤灰，并搅拌10～15分钟。
步骤d1，向步骤c1处理后的搅拌器内加入步骤b1称取的1份黄原胶、1份瓜尔胶和0.3份四硼酸钠，并搅拌40～50分钟，使搅拌器内的混合浆料形成均匀且充分悬浮状态，从而即制得本发明实施例1所述的煤矿或煤矸石山用防火灭火复合材料。
具体地，采用注浆技术将本发明实施例1制得的煤矿或煤矸石山用防火灭火复合材料注入到某煤矸石山中进行降温阻燃，并采用钻孔测温的方法对注浆前后该煤矸石山的温度变化情况进行检测，从而得到如下表1所述的结果。
表1：
由表1可以看出：本发明实施例1制得的煤矿或煤矸石山用防火灭火复合材料对不同深度的煤矸石均起到了良好的降温效果，降温均在200℃以上，使不同深度的煤矸石的平均温度在35℃左右；由此可见，本发明实施例1所制得的煤矿或煤矸石山用防火灭火复合材料能够有效克服注浆不到位的问题，并且起到了非常好的降温阻燃效果。
实施例2
一种煤矿或煤矸石山用防火灭火复合材料，按质量百分比，该防火灭火复合材料由纤维长度小于6mm的防火棉1.83％、石灰4.02％、黄土为4.39％、粉煤灰为4.27％、黄原胶为0.0183％、瓜尔胶为0.0244％、四硼酸钠为0.00183％和余量的水组成。
具体地，本发明实施例2所提供的防火灭火复合材料的制备方法包括以下步骤：
步骤a2、分别对纤维长度小于6mm的防火棉、石灰、黄土或粉煤灰进行粉碎和筛分，从而得到粒度为200mm以下且纤维长度小于6mm的防火棉、粒度为200mm以下的石灰、粒度为200mm以下的黄土或粒度为200mm以下的粉煤灰。
步骤b2、按质量份计，分别称取150份粒度为200mm以下且纤维长度小于6mm的防火棉、330份粒度为200mm以下的脱硫石灰、360份粒度为200mm以下的二类黄土、350份粒度为200mm以下的粉煤灰、1.5份黄原胶、2份瓜尔胶、0.15份四硼酸钠和7000份水(相当于按照质量百分比计，纤维长度小于6mm的防火棉约为1.83％、石灰约为4.02％、黄土约为4.39％、粉煤灰约为4.27％、黄原胶约为0.0183％、瓜尔胶约为0.0244％、四硼酸钠约为0.00183％、余量为水)。
步骤c2、向搅拌器内加入步骤b2称取的7000份水，再加入步骤b2称取的150份粒度为200mm以下且纤维长度小于6mm的防火棉并搅拌，直至所述防火棉充分浸润；然后向搅拌器内加入步骤b2称取的330份粒度为200mm以下的脱硫石灰、360份粒度为200mm以下的二类黄土及350份粒度为200mm以下的粉煤灰，并搅拌10～15分钟。
步骤d2，向步骤c2处理后的搅拌器内加入步骤b2称取的1.5份黄原胶、2份瓜尔胶和0.15份四硼酸钠，并搅拌40～50分钟，使搅拌器内的混合浆料形成均匀且充分悬浮状态，从而即制得本发明实施例2所述的煤矿或煤矸石山用防火灭火复合材料。
具体地，采用注浆技术将本发明实施例2制得的煤矿或煤矸石山用防火灭火复合材料注入到某煤矸石山中进行降温阻燃，并采用钻孔测温的方法对注浆前后该煤矸石山的温度变化情况进行检测，从而得到如下表2所述的结果。
表2：
由表2可以看出：本发明实施例2制得的煤矿或煤矸石山用防火灭火复合材料对不同深度的煤矸石均起到了良好的降温效果，降温均在230℃以上，使不同深度的煤矸石的平均温度在38℃左右；由此可见，本发明实施例2所制得的煤矿或煤矸石山用防火灭火复合材料能够有效克服注浆不到位的问题，并且起到了非常好的降温阻燃效果。
实施例3
一种煤矿或煤矸石山用防火灭火复合材料，按质量百分比，该防火灭火复合材料由纤维长度小于6mm的防火棉2.86％、石灰5.57％、黄土为6.05％、粉煤灰为5.89％、黄原胶为0.0318％、瓜尔胶为0.0302％、四硼酸钠为0.0127％和余量的水组成。
具体地，本发明实施例3所提供的防火灭火复合材料的制备方法包括以下步骤：
步骤a3、分别对纤维长度小于6mm的防火棉、石灰、黄土或粉煤灰进行粉碎和筛分，从而得到粒度为200mm以下且纤维长度小于6mm的防火棉、粒度为200mm以下的石灰、粒度为200mm以下的黄土或粒度为200mm以下的粉煤灰。
步骤b3、按质量份计，分别称取180份粒度为200mm以下且纤维长度小于6mm的防火棉、350份粒度为200mm以下的脱硫石灰、380份粒度为200mm以下的二类黄土、370份粒度为200mm以下的粉煤灰、2份黄原胶、1.9份瓜尔胶、0.8份四硼酸钠和5000份水(相当于按照质量百分比计，纤维长度小于6mm的防火棉约为2.86％、石灰约为5.57％、黄土约为6.05％、粉煤灰约为5.89％、黄原胶约为0.0318％、瓜尔胶约为0.0302％、四硼酸钠约为0.0127％、余量为水)。
步骤c3、向搅拌器内加入步骤b3称取的5000份水，再加入步骤b3称取的180份粒度为200mm以下且纤维长度小于6mm的防火棉并搅拌，直至所述防火棉充分浸润；然后向搅拌器内加入步骤b3称取的350份粒度为200mm以下的脱硫石灰、380份粒度为200mm以下的二类黄土及370份粒度为200mm以下的粉煤灰，并搅拌10～15分钟。
步骤d3，向步骤c3处理后的搅拌器内加入步骤b3称取的2份黄原胶、1.9份瓜尔胶和0.8份四硼酸钠，并搅拌40～50分钟，使搅拌器内的混合浆料形成均匀且充分悬浮状态，从而即制得本发明实施例3所述的煤矿或煤矸石山用防火灭火复合材料。
具体地，采用注浆技术将本发明实施例3制得的煤矿或煤矸石山用防火灭火复合材料注入到某煤矸石山中进行降温阻燃，并采用钻孔测温的方法对注浆前后该煤矸石山的温度变化情况进行检测，从而得到如下表3所述的结果。
表3：
由表3可以看出：本发明实施例3制得的煤矿或煤矸石山用防火灭火复合材料对不同深度的煤矸石均起到了良好的降温效果，降温均在250℃以上，使不同深度的煤矸石的平均温度在40℃左右；由此可见，本发明实施例3所制得的煤矿或煤矸石山用防火灭火复合材料能够有效克服注浆不到位的问题，并且起到了非常好的降温阻燃效果。
综上可见，本发明实施例不仅解决了现有灭火材料浆液的固体含量低、固体颗粒物易沉浆聚集，水分含量大、易产生大量水蒸气从而诱发更多的煤氧化，以及水分蒸发后固体颗粒物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等技术问题，而且天然环保、高效节水，十分适用于煤矿及煤矸石山的环境治理、生态修复等工程。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。