一种防治采空区瓦斯涌出的水成膜胶体泡沫及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于煤矿瓦斯治理技术领域，尤其是涉及一种防治采空区瓦斯涌出的水成 膜胶体泡沫及其制备方法。
【背景技术】
[0002] 矿井瓦斯是煤矿开采中的主要自然灾害之一。近年来，随着矿井集中化生产技术 的发展，一矿一面、一矿两面得到普遍推广应用，矿井生产效率大幅度提高。然而由于机械 化程度和开采强度加大，直接导致工作面绝对瓦斯涌出量显著增大，采空区瓦斯涌出加剧， 工作面上隅角瓦斯频繁超限，使安全生产得不到保障，治理难度增强，同时也限制了矿井产 量的提高。为了防治上隅角瓦斯涌出，国内外常用的技术主要有设置风障、增设抽排风机、 上隅角埋管、高位钻孔以及增加风量等。这些技术对保障瓦斯矿井或工作面产量不大的矿 井安全生产是有效的，但随着矿井向深部区域延伸，煤层瓦斯含量逐渐增大，原先的瓦斯矿 井转变为高瓦斯矿井或突出矿井，此时靠上述方法就不能有效地解决上隅角瓦斯超限的问 题，如风障法引入的风量较小，仅适用于上隅角瓦斯涌出浓度不超过3%的工作面；增设抽 排风机需配置相关专门设备、增加成本，且占据巷道有限空间，影响作业环境和条件；上隅 角埋管瓦斯抽采率较低，抽出的浓度通常不足10% ;高位钻孔虽然抽出瓦斯浓度较高，但受 钻机钻进能力的限制，钻场间距不大，抽采管路回撤频繁，钻场有效抽采时间短，钻孔施工 质量难以保证；增加工作面风量的同时也会引起采空区漏风加重，易导致采空区煤炭自燃。 因此，防治采空区瓦斯涌出是一项亟待解决的煤矿安全生产难题。
【发明内容】
[0003] 针对上述技术问题，为了防治采空区瓦斯涌出，本发明的目的在于提供一种防治 采空区瓦斯涌出的水成膜胶体泡沫，具有成膜功能，能够包裹采空区遗煤、封堵煤岩裂隙， 从而抑制采空区瓦斯涌出，杜绝瓦斯涌出造成上隅角甚至回风巷瓦斯超限现象，且无有毒 有害副产物产生，具有良好的应用前景。本发明还提供了上述防治采空区瓦斯涌出的水成 膜胶体泡沫的制备方法，该制备方法工艺简单，生产成本低廉。
[0004] 本发明采用的技术方案是：
[0005] 一种防治采空区瓦斯涌出的水成膜胶体泡沫，由以下原料制成：黄原胶，瓜尔豆 胶，碳酸氢钠，酒石酸和水。
[0006] 本发明所述的防治采空区瓦斯涌出的水成膜胶体泡沫，其中，所述原料的质量比 为：
[0007] 黄原胶：瓜尔豆胶：碳酸氢钠：酒石酸：水为（3~5) : (3~5) : (80~120) : (75~ 100) ：1000〇
[0008] 本发明所述的防治采空区瓦斯涌出的水成膜胶体泡沫，其中，所述黄原胶与所述 瓜尔豆胶质量比为1:1。
[0009] 本发明所述的防治采空区瓦斯涌出的水成膜胶体泡沫，其中，所述原料的质量比 为：黄原胶：瓜尔豆胶：碳酸氢钠：酒石酸：水为3 :3 :80 :75 :1000。
[0010] -种防治采空区瓦斯涌出的水成膜胶体泡沫的制备方法，包括以下步骤：
[0011] (1)按配比准备原料，在水中加入黄原胶和瓜尔豆胶，搅拌均匀，使其完全溶解，制 得稠化溶液；
[0012] (2)在步骤（1)中所述的稠化溶液中依次加入碳酸氢钠和酒石酸，搅拌10~ 15min，发泡形成水成膜胶体泡沫。
[0013] 本发明有益效果：
[0014] 本发明所述的防治采空区瓦斯涌出的水成膜胶体泡沫，具有成膜功能，能够包裹 采空区遗煤、封堵煤岩裂隙，从而抑制采空区瓦斯涌出，杜绝瓦斯涌出造成上隅角甚至回风 巷瓦斯超限现象，且无有毒有害副产物产生，具有良好的应用前景。
[0015] 本发明所述的防治采空区瓦斯涌出的水成膜胶体泡沫的制备方法，通过在水中加 入黄原胶、瓜尔豆胶、碳酸氢钠和酒石酸，碳酸氢钠、酒石酸在水中发生化学发生产生二氧 化碳来使稠化溶液充分发泡，避免常规注气发泡存在气体有效利用率低的问题。稠化溶液 通过发泡后形成大量均匀细腻的水成膜胶体泡沫，体积大幅度增加。本发明的制备方法具 有工艺简单、成本低廉的优点。
【具体实施方式】
[0016] 实施例1
[0017] -种防治采空区瓦斯涌出的水成膜胶体泡沫，由以下质量的原料制成：1000kg 水，3kg黄原胶，3kg瓜尔豆胶，80kg碳酸氢钠和75kg酒石酸。
[0018] 本实施例防治采空区瓦斯涌出的水成膜胶体泡沫的制备方法，包括以下步骤：
[0019] (1)按配比准备原料，在水中加入黄原胶和瓜尔豆胶，搅拌均勾，使其完全溶解，制 得稠化溶液；
[0020] ⑵在步骤⑴中所述的稠化溶液中依次加入碳酸氢钠和酒石酸，搅拌lOmin，发 泡形成水成膜胶体泡沫。
[0021] 应用实施例1
[0022] 贵州五轮山煤业有限公司为煤与瓦斯突出矿井，属于近距离煤层群开采，工作面 日产量为looot，由于原始煤层瓦斯含量大，平均值为24m 3/t，且首采煤层为保护煤层，工作 面开采期间上隅角瓦斯浓度较高，频繁超限。常规方法很难有效地解决上隅角瓦斯超限问 题。采用随采随注水成膜胶体泡沫的方法，液相为井下水。利用矿井现有的注浆管路系统 将本实施例生产的水成膜胶体泡沫注入到1803综采工作面，每次连续注射8h，此后随着工 作面的推进每3天注射一次。该工作面于2014年10月12日开始注射，每次注射完水成膜 胶体泡沫后，连续记录上隅角瓦斯浓度的变化，与注射水成膜胶体泡沫前的上隅角瓦斯浓 度进行对比，注射前后上隅角瓦斯浓度变化趋势如表1所示。由表1可以看出，采用水成膜 胶体泡沫后上隅角瓦斯浓度显著下降，能有效抑制采空区瓦斯涌出，保障工作面安全生产。
[0023] 表1 1803综采工作面注水成膜胶体泡沫前后上隅角瓦斯浓度变化情况
[0024]
[0026] 实施例2
[0027] -种防治采空区瓦斯涌出的水成膜胶体泡沫，由以下质量的原料制成：1000kg 水，5kg黄原胶，5kg瓜尔豆胶，120kg碳酸氢钠和IOOkg酒石酸。
[0028] 本实施例防治采空区瓦斯涌出的水成膜胶体泡沫的制备方法，包括以下步骤：
[0029] (1)按配比准备原料，在水中加入黄原胶和瓜尔豆胶，搅拌均勾，使其完全溶解，制 得稠化溶液；
[0030] (2)在步骤⑴中所述的稠化溶液中依次加入碳酸氢钠和酒石酸，搅拌15min，发 泡形成水成膜胶体泡沫。
[0031] 应用实施例2
[0032] 保德煤矿为现代化高产高效大型矿井，为神东煤炭集团下属唯一高瓦斯矿井，工 作面日产量12000t，由于开采强度大，且随着矿井向深部区域开拓，煤层瓦斯含量逐渐增 大，造成上隅角瓦斯时常超限，影响工作面正常生产。为解决工作面上隅角瓦斯超限问题， 保德煤矿采用增大风量、导风筒、高位钻孔等一系列方法，结果发现效果仍然较差，且增加 工作量，影响正常生产。采用随采随注水成膜胶体泡沫的方法，井下水为液相。利用矿井现 有的注浆管路系统将本实施例生成的水成膜胶体泡沫注入到81503综放工作面采空区。该 工作面于2014年4月6日开始注水成膜胶体泡沫，每次连续注射8h ;此后随着工作面的推 进每3天注射一次。每次注射完水成膜胶体泡沫后，记录上隅角瓦斯浓度的变化，与未注射 水成膜胶体泡沫前记录的上隅角瓦斯浓度进行对比，注射前后上隅角瓦斯浓度变化情况如 表2所示。由表2可以看出，采用水成膜胶体泡沫后，上隅角瓦斯发生显著的下降，为矿井 尚广尚效提供了保障。
[0033] 表2 81503综放工作面注水成膜胶体泡沫前后上隅角瓦斯浓度变化情况
[0035] 本实施例1和实施例2所述的防治采空区瓦斯涌出的水成膜胶体泡沫，在使用时， 该水成膜胶体泡沫经过煤矿注浆管路输送到采空区后，在采空区内大面积堆积，对低、中、 高位遗煤均能覆盖和封堵。当在煤体表面形成一层致密的水成膜胶体泡沫后停止灌注，此 时水成膜胶体泡沫静止地覆盖在煤体表面，待泡沫在煤岩体表面静置20~30min，泡沫液 膜中的黄原胶和瓜尔豆胶发生协同增效反应，在泡沫表面形成一层柔软致密的膜状覆盖 物，该覆盖物厚度为〇. 13-0. 35mm，抗破坏强度为2500-5200Pa，能非常致密地覆盖在煤体 表面，煤体内的游离瓦斯被膜状覆盖物隔绝，不能向外逸散。因此，水成膜胶体泡沫能够持 续永久的抑制煤体内瓦斯向外涌出。此外，由于黄原胶具有良好的剪切稀化特性，因此混合 溶液在机械发泡和运输过程中不会立刻出现协同增效反应。当水成膜胶体泡沫经管路输送 到采空区，覆盖在煤体表面后，剪切作用消失，此时泡沫液膜中的黄原胶和瓜尔豆胶发生协 同增效作用，体系粘度增大导致延迟反应的功效，从而形成致密的薄膜，可以覆盖在煤体表 面阻隔煤体内甲烷气体的释放。
[0036] 以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范 围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方 案作出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。
【主权项】
1. 一种防治采空区瓦斯涌出的水成膜胶体泡沫，其特征在于，由以下原料制成：黄原 胶，瓜尔豆胶，碳酸氢钠，酒石酸和水。2. 根据权利要求1所述的防治采空区瓦斯涌出的水成膜胶体泡沫，其特征在于，所述 原料的质量比为： 黄原胶：瓜尔豆胶：碳酸氢钠：酒石酸：水为（3~5) : (3~5) : (80~120) : (75~ 100) ：1000〇3. 根据权利要求2所述的防治采空区瓦斯涌出的水成膜胶体泡沫，其特征在于，所述 黄原胶与所述瓜尔豆胶质量比为1:1。4. 根据权利要求3所述的防治采空区瓦斯涌出的水成膜胶体泡沫，其特征在于，所述 原料的质量比为： 黄原胶：瓜尔豆胶：碳酸氢钠：酒石酸：水为3 :3 :80 :75 :1000。5. 权利要求1-4任意一项所述的防治采空区瓦斯涌出的水成膜胶体泡沫制备方法，其 特征在于，包括以下步骤： (1) 按配比准备原料，在水中加入黄原胶和瓜尔豆胶，搅拌均匀，使其完全溶解，制得稠 化溶液； (2) 在步骤⑴中所述的稠化溶液中依次加入碳酸氢钠和酒石酸，搅拌10~15min，发 泡形成水成膜胶体泡沫。
【专利摘要】本发明提供了一种防治采空区瓦斯涌出的水成膜胶体泡沫，由以下原料制成：黄原胶，瓜尔豆胶，碳酸氢钠，酒石酸和水。本发明所述的水成膜胶体泡沫，能够包裹采空区遗煤、封堵煤岩裂隙，从而抑制采空区瓦斯涌出，杜绝瓦斯涌出造成上隅角甚至回风巷瓦斯超限现象，且无有毒有害副产物产生，具有良好的应用前景。本发明还提供了上述防治采空区瓦斯涌出的水成膜胶体泡沫的制备方法，包括以下步骤：(1)按配比准备原料，在水中加入黄原胶和瓜尔豆胶，搅拌均匀，使其完全溶解，制得稠化溶液；(2)在步骤(1)中所述的稠化溶液中依次加入碳酸氢钠和酒石酸，搅拌10～15min，发泡形成水成膜胶体泡沫。该方法具有工艺简单、成本低廉的优点。
【IPC分类】C08L5/00, E21B33/13, C08J9/08
【公开号】CN104945684
【申请号】CN201510308888
【发明人】张雷林, 石必明, 伍清, 穆朝民
【申请人】安徽理工大学
【公开日】2015年9月30日
【申请日】2015年6月5日