本发明涉及水泥泡沫材料领域，具体地说涉及一种用于防治煤炭自燃的水泥泡沫材料。
背景技术：
煤炭自燃是影响煤矿安全生产的主要自然灾害之一，其不仅浪费大量的煤炭资源，还极有可能引起瓦斯爆炸事故，造成重大的人员伤亡和财产损失。
为防治煤炭自燃，我国从上世纪50年代开始就陆续采用灌浆、注惰气、注凝胶、注泡沫以及喷洒阻化剂等技术。这些技术对防治采空区煤炭自燃起到了积极的作用，但都存在一些不足，如：注浆，浆体只沿着地势降低的地方流动，不能均匀覆盖中、高位煤体；注惰气，气体易随漏风扩散，不易滞留在注入区域内，其灭火降温能力也较弱；注凝胶，成本高，流量小，扩散范围有限；注泡沫，泡沫稳定性差，一般8-2h即破灭，不能持久有效地防治煤炭自燃；喷洒阻化剂，不易均匀分散在煤体上，且容易腐蚀井下设备和危害工人身心健康。
因此，现有技术无法有效防治煤矿井下煤炭自燃，保障矿井安全回采，有待于更进一步的改进和发展。
技术实现要素：
针对现有煤矿防灭火技术的不足，本发明的目的是要提供一种发泡倍数高，流动性好，阻燃效果好，封堵性强，凝结时间快，成本低廉，能向高处堆积的用于防治煤炭自燃的水泥泡沫材料及其制备方法。
为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：一种用于防治煤炭自燃的水泥泡沫材料，按重量份，包括以下原料：硅酸盐水泥88～91.2、偏铝酸钠2～2.5、氯化钙1.5～2、羧甲基纤维素钠0.3～0.5、十二烷基苯磺酸钠2～3、皂素2～4、水55～60。
本发明选用的各原料，偏铝酸钠和氯化钙具有一定的促凝作用，能够加速水泥的水化反应进程，偏铝酸钠、氯化钙和水泥形成浆液，三者之间可以发生反应，提高水泥的水化进程，并起到迅速凝固水泥的作用；羧甲基纤维素钠可以在水泥颗粒与气泡之间的界面形成一层薄膜，起到润滑作用，提高气泡的韧性、可压缩性和寿命，同时可以提高水泥泡沫的流动性和保水性，改善水泥泡沫成型后的性能，羧甲基纤维素钠能够形成稠化溶液，提高水泥泡沫的保水性，并能增强其流动性和可泵送性；十二烷基苯磺酸钠和皂素复配制成复合发泡剂，可以显著降低水的表面张力，提高溶液发泡能力，并且制备的泡沫具有优异的稳定性。
进一步地，硅酸盐水泥的粒度为3～40微米。在实施本发明的过程中，发明人发现粒度为3～40微米的硅酸盐水泥既能满足本发明水泥泡沫初期强度要求，也能满足凝固时间快的要求，粒度在3微米以下时，虽然凝固时间快，但强度较小，粒度在40微米以上时，强度虽然满足要求，但凝固时间过长。
上述用于防治煤炭自燃的水泥泡沫材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)将硅酸盐水泥、偏铝酸钠和氯化钙混合均匀，形成复合水泥粉体；
(2)将水、羧甲基纤维素钠、十二烷基苯磺酸钠和皂素混合，并通过高速搅拌发泡，形成泡沫；
(3)在搅拌条件下，将复合水泥粉体加入到泡沫中，制得所述用于防治煤炭自燃的水泥泡沫材料。
本发明的有益效果体现在：
本发明用于防治煤炭自燃的水泥泡沫材料，发泡倍数高(8～10倍)，稳定性强，凝固时间短(30～40分钟)，阻燃效果好(传热系数为0.045～0.061w/(m·k))，堵漏性强(能封堵15kpa的气体压力)，成本低廉，流动扩散性好(粘度为4400～4600mpa·s)，可向高处堆积，对中高位煤炭均能覆盖包裹，对煤岩裂隙渗透性好，材料密度小(密度为300～400kg/m3)，抗压强度大(抗压强度达1.5mpa以上)，在煤矿井下防灭火领域具有广泛的适用性。
本发明用于防治煤炭自燃的水泥泡沫材料的制备方法工艺简单，操作方便，耗能低，适用于工业化大规模生产。
本发明主要原材料为硅酸盐水泥，偏铝酸钠和氯化钙等，来源广泛，操作工艺简单。
具体实施方式
下面结合实施例来详细说明本发明。
实施例1
一种用于防治煤炭自燃的水泥泡沫材料，按重量份，包括以下原料：硅酸盐水泥89、偏铝酸钠2、氯化钙1.5、羧甲基纤维素钠0.3、十二烷基苯磺酸钠2、皂素2、水55，硅酸盐水泥的粒度为3微米。
上述用于防治煤炭自燃的水泥泡沫材料的制备方法如下：
(1)按配方称取硅酸盐水泥、偏铝酸钠和氯化钙，投入到干混搅拌器中，充分搅拌(搅拌速率为40转/分钟)混合，形成复合水泥粉体，备用；
(2)按配方称取水、羧甲基纤维素钠、十二烷基苯磺酸钠和皂素，投入到混合容器中，采用电动搅拌机高速搅拌(搅拌速度为3000转/分钟)发泡，当泡沫体积基本稳定时，停止搅拌，制成泡沫；
(3)在搅拌(搅拌速率为950转/分钟)条件下，将复合水泥粉体缓慢(3重量份/分钟)地加入到泡沫中，继续搅拌，直到形成能够自由流动，具有一定稠度的泡沫体，即为所述用于防治煤炭自燃的水泥泡沫材料。
本实施例的用于防治煤炭自燃的水泥泡沫材料，发泡倍数达到10倍，凝固时间为30～33分钟，传热系数为0.045w/(m·k)，能封堵15kpa的气体压力，粘度为4400mpa·s，密度为300kg/m3，抗压强度达1.5mpa，可向高处堆积，对中高位煤炭均能覆盖包裹，对煤岩裂隙渗透性好，稳定性强。
实施例2
一种用于防治煤炭自燃的水泥泡沫材料，按重量份，包括以下原料：硅酸盐水泥91.2、偏铝酸钠2.5、氯化钙2、羧甲基纤维素钠0.5、十二烷基苯磺酸钠3、皂素4、水60，硅酸盐水泥的粒度为25微米。
上述用于防治煤炭自燃的水泥泡沫材料的制备方法如下：
(1)按配方称取硅酸盐水泥、偏铝酸钠和氯化钙，投入到干混搅拌器中，充分搅拌(搅拌速率为40转/分钟)混合，形成复合水泥粉体，备用；
(2)按配方称取水、羧甲基纤维素钠、十二烷基苯磺酸钠和皂素，投入到混合容器中，采用电动搅拌机高速搅拌(搅拌速度为2850转/分钟)发泡，当泡沫体积基本稳定时，停止搅拌，制成泡沫；
(3)在搅拌(搅拌速率为1000转/分钟)条件下，将复合水泥粉体缓慢(3重量份/分钟)地加入到泡沫中，继续搅拌，直到形成能够自由流动，具有一定稠度的泡沫体，即为所述用于防治煤炭自燃的水泥泡沫材料。
本实施例的用于防治煤炭自燃的水泥泡沫材料，发泡倍数达到9倍，凝固时间为35～38分钟，传热系数为0.055w/(m·k)，能封堵15kpa的气体压力，粘度为4530mpa·s，密度为350kg/m3，抗压强度达1.65mpa，可向高处堆积，对中高位煤炭均能覆盖包裹，对煤岩裂隙渗透性好，稳定性强。
实施例3
一种用于防治煤炭自燃的水泥泡沫材料，按重量份，包括以下原料：硅酸盐水泥88、偏铝酸钠2.3、氯化钙1.7、羧甲基纤维素钠0.34、十二烷基苯磺酸钠2.5、皂素3、水58，硅酸盐水泥的粒度为40微米。
上述用于防治煤炭自燃的水泥泡沫材料的制备方法如下：
(1)按配方称取硅酸盐水泥、偏铝酸钠和氯化钙，投入到干混搅拌器中，充分搅拌(搅拌速率为40转/分钟)混合，形成复合水泥粉体，备用；
(2)按配方称取水、羧甲基纤维素钠、十二烷基苯磺酸钠和皂素，投入到混合容器中，采用电动搅拌机高速搅拌(搅拌速度为3150转/分钟)发泡，当泡沫体积基本稳定时，停止搅拌，制成泡沫；
(3)在搅拌(搅拌速率为1050转/分钟)条件下，将复合水泥粉体缓慢(3重量份/分钟)地加入到泡沫中，继续搅拌，直到形成能够自由流动，具有一定稠度的泡沫体，即为所述用于防治煤炭自燃的水泥泡沫材料。
本实施例的用于防治煤炭自燃的水泥泡沫材料，发泡倍数达到8倍，凝固时间为38～40分钟，传热系数为0.061w/(m·k)，能封堵15kpa的气体压力，粘度为4600mpa·s，密度为400kg/m3，抗压强度达1.95mpa，可向高处堆积，对中高位煤炭均能覆盖包裹，对煤岩裂隙渗透性好，稳定性强。
使用本发明用于防治煤炭自燃的水泥泡沫材料进行煤矿井下防灭火时，用煤矿注浆泵将配置好的用于防治煤炭自燃的水泥泡沫材料注入到有煤炭自然发火趋势或需要堵漏风的区域，对煤体覆盖或裂隙封堵，起到隔绝氧气和控制漏风作用，从而防治煤炭自燃。
应当理解本文所述的例子和实施方式仅为了说明，并不用于限制本发明，本领域技术人员可根据它做出各种修改或变化，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。