专利名称：一种防治矿井煤自燃的泡沫型阻化剂及其使用方法
技术领域：
本发明属于防治矿井煤自燃技术领域，具体涉及含有氧化剂、无机盐和表面活性剂的泡 沫型阻化剂及其使用方法。
背景技术：
现有防治矿井煤自燃的阻化剂可分为物理阻化剂和化学阻化剂两大类。物理阻化剂主要 以无机盐为主，包括氯化钠(NaCl)、氯化钓(CaCl2)和氯化镁(MgCl2)等；由于这类无机 盐具有较强的吸水性，当它们附着在煤的表面时可以吸收空气中的水份，从而降低煤层的温 度并在煤粒表面形成含水液膜，阻止煤与氧接触，起到隔氧阻化作用。化学阻化剂则是近年 来提出的新型阻化剂。例如中国专利CN100999996公开的以氧化剂为主的化学阻化剂，以及 张公慈等在《中州煤炭》杂志2004年第一期上发表的《新型阻化剂在耿村煤矿的应用》一 文中提出的使用橡胶防老剂作为阻化剂来防止煤炭自燃。化学阻化剂是针对煤炭自燃的机 理，在煤体表面活性自由基团与氧气反应之前大量捕获或钝化自由基，阻断煤氧化的反应链， 降低煤的自燃倾向性，延长煤的自然发火期。
传统的喷洒灌注阻化剂的方法虽然能对防治煤炭自燃起到一定的作用，但有较大的局限 性，特别是对于一些狭长的矿井巷道，采用传统方法无法将液体阻化剂(包括物理阻化剂及 化学阻化剂)喷洒灌注到指定区域，且难于做到分布均匀，阻燃时间也有限；目前通常采取 的将两种阻化剂单独使用的方式对于防治自燃要求较高的矿井煤难于达到有效的阻燃防治 效果。现有的上述传统方法对煤炭自燃要求较高的矿井煤都难于达到理想的防治效果。
发明内容
本发明的目的是提出 一种防治矿井煤自燃的泡沫型阻化剂及其使用方法，以克服现有技 术的上述缺陷。
本发明的防治矿井煤自燃的泡沫型阻化剂，其特征在于由配合使用的化学阻化剂和物理 阻化剂共同組成；
所述化学阻化剂由按占质量百分比0.5 ~ 2%的氧化剂与1 ~ 1. 5°/。的起泡剂、0. 2 ~ 0. 4%的 泡沫稳定剂、0. 05 ~ 0. 1°/。的增稠剂和0. 05 ~ 0. 1°/。的乳化剂组成；
所述物理阻化剂由按占质量百分比10 ~ 15%的无机盐与1 ~ 1. 5°/。的起泡剂、0. 2 ~ 0. 4%的
泡沫稳定剂、o. 05 ~ o. p/。的增稠剂和o. 05 ~ o. r/。的乳化剂组成。
所述氧化剂选自氧化性较强的高锰酸盐、氯酸盐、次氯酸盐或过氧化物； 所述无机盐选自吸水性较强的氯化物或硫酸盐； 所述起泡剂为脂肪醇醚磺基琥珀酸酯二钠盐(MES );
所述泡沫稳定剂选自十二烷基二曱基氧化胺(0B-2)或cx-烯基磺酸钠(AOS); 所述增稠剂选自椰油酰胺丙基甜菜碱(CAB)或聚丙烯酰胺(PAM); 所述乳化剂为烷基酚聚氧乙烯醚(OP-10)。
本发明的防治矿井煤自燃的泡沫型阻化剂的使用方法，其特征在于先将化学阻化剂稀释成浓度为1. 76 ~ 4. lwty。的水溶液，采用喷枪喷洒到需要防治自燃的煤层区域，经30分钟至 一个小时，再将稀释成浓度为11. 06 ~ 16. 9 wt %的水溶液的物理阻化剂用喷枪喷洒到同一煤 层区域；阻化液经喷枪喷射后以泡沫为载体覆盖于煤层表面。
由于本发明防治矿井煤自燃的泡沫型阻化剂中的化学阻化剂是氧化剂和表面活性剂混 合的水溶液，是基于氧化剂和煤体表面活性自由基团反应的原理而防治煤炭自燃，当将其用 喷枪喷洒到需要防治自燃的煤层区域时，以泡沫为载体的氧化剂可以较均匀地覆盖到煤层表 面，经起泡剂、泡沫稳定剂、增稠剂和乳化剂共同作用产生的泡沫具有一定的强度，在35~ 50。C条件下可以存在3~12小时，开始阶段先在煤层上覆盖的一层泡沫可以起到隔氧阻化的 效果。但由于泡沫是不稳定体系， 一定时间后会消失；且因受到很多因素的影响泡沫破裂的 时间也是不一样的；在未破裂的泡沫依然起到隔氧阻化的的作用的同时，破裂泡沫上的氧化 剂则覆盖至煤层上或渗透至煤层里，可在煤体表面活性自由基团与氧气反应之前大量捕获或 钝化自由基，阻断煤氧化的反应链，降低煤的自燃倾向性。泡沫依次破裂至完全消失后，氧 化剂便进一步在泡沫破裂区域起到化学阻化的作用。
本发明防治矿井煤自燃的泡沫型阻化剂中的化学阻化剂基于氧化剂和煤体表面活性自 由基团反应的原理而防治煤炭自燃，虽然有较好的防治效果，但并不能使所有的活性自由基 团钝化而失去低温氧化的能力，且氧化剂在较高温度下也可能会助燃，煤层在化学阻化剂的 单独作用下仍有发生自燃的可能。因此本发明还采用了物理阻化与化学阻化相结合的技术。
本发明防治矿井煤自燃的泡沫型阻化剂中的物理阻化剂是无机盐和表面活性剂混合的 水溶液，经喷枪产生大量泡沫喷洒到煤层上，泡沫所起到的作用与前面的相同。泡沫和泡沫 中的无机盐共同起到物理阻化的作用，泡沫破裂后，吸水性较强的无机盐便附着在煤的表面， 吸收空气中的水份， 一方面可以降低煤层的温度，另一方面可以在煤粒表面形成含水液膜， 从而阻止了煤与氧接触，起到隔氧阻化作用。将物理阻化剂放在继化学阻化剂后使用， 一方 面可发挥无机盐的物理阻化作用，另一方面可降低煤层的温度并保持煤层具有一定的湿度， 这样，未反应的氧化剂在较湿的环境中可以继续发挥化学阻化的作用，而且降低煤层温度还 可以避免氧化剂发生高温助燃。
本发明防治矿井煤自燃的泡沫型阻化剂由于采用化学阻化和物理阻化相结合、以泡沫为 载体的复合处理技术，克服了传统方法阻化效率低、阻化剂覆盖不均匀等所带来的阻燃防治 效果差的缺点，可以达到煤炭自燃防治的较佳效果。
具体实施例方式
本发明方案具体实施时，先选用氧化剂和吸水性强的无机盐，按配成后的化学阻化剂的 总质量，氧化剂占0. 5 ~ 2%、起泡剂占1 ~ 1. 5%、泡沫稳定剂占0. 2 ~ 0. 4°/。、增稠剂占0. 05 ~ 0. 1°/ 、乳化剂占0. 05-0. ly。；首先将氧化剂溶于水，然后将其它成分依次加入到氧化剂溶液 中，搅拌混匀后得到化学阻化剂；按配成后的物理阻化剂的总质量，无机盐占10-15%,其 它成分及用量以及加入的次序和配制方式与前面的化学阻化剂相同，同样用水稀释，搅拌混 匀，得到物理阻化剂。当防治煤炭自燃使用时，先将化学阻化剂稀释成浓度为1. 76~4. lwt% 的水溶液，采用泡沫喷枪喷洒到需要防治自燃的煤层区域，经30分钟至一个小时，再将稀 释成浓度为11. 06 ~ 16. 9 wt %的水溶液的物理阻化剂用泡沫喷枪喷洒到同一煤层区域；阻化液经喷枪喷射后均以泡沫为载体覆盖于煤层表面，即可对这一 区域的煤层达到长时间防治自 燃的效果。具体实施过程举例如下 实施例1:
本实施例中的化学阻化剂的制备过程为称取lg的高锰酸钾，2g脂肪醇醚磺基琥珀酸 酯二钠盐(MES), 0. 2g十二烷基二曱基氧化胺(0B-2), 0. 2ga-烯基磺酸钠(AOS), 0. lg 椰油酰胺丙基甜菜碱(CAB), 0. 02g聚丙烯酰胺(PAM)和0. lg烷基酚聚氧乙烯醚(OP-10)， 依次溶解于196. 38g水中，搅拌至均相。
物理阻化剂的制备过程为称取8g氯化钩(CaCl2 )， 12g氯化镁(MgCl2), 2g的脂肪醇 醚磺基琥珀酸酯二钠盐(MES), 0. 2g十二烷基二曱基氧化胺(OB-2), 0. 2ga-烯基磺酸钠 (AOS), 0. lg椰油酰胺丙基甜菜碱(CAB), 0. 02g聚丙烯酰胺(PAM)和0. lg烷基酚聚氧乙 烯醚(OP-IO)，依次溶解于177. 38g水中，搅拌至均相。
本实施例中的阻化剂使用方法及其对比实验过程为
先称取100g煤炭，经粉碎机粉碎后，置于容量为500ml的烧杯中，用泡沫喷枪将制备 好的化学阻化剂喷射出大量泡沫喷洒至烧杯中，泡沫充满整个烧杯，然后放入一只含有100ml 水的容量为1L的烧杯中，将该1L的烧杯密封后放入4(TC烘箱中。经大约3 ~ 12小时待泡沫 完全消失后，进行一氧化碳浓度实时检测，得到浓度最大值。做一组空白实验(即不加阻化 剂)，将得到的最大浓度值与前者进行比较，结果发现经阻化后的样品CO最大浓度值相比于 未经阻化的对照样品降低了 70%。再将残余物烘干进行红外光谱分析，观察阻化前后官能团 的变化，结果发现易于氧化的官能团如芳烃类、曱基类振动峰明显减少或消失。
按照上述方法重复一次实验，待泡沫消失后将物理阻化剂溶液用喷枪喷洒至化学阻化剂 阻化后的煤层，泡沫充满整个500ml烧杯后放入含有100ml水的1L烧杯中，密封后放入40 。C烘箱中，大约10 ~ 24小时等到泡沫完全消失后，进行一氧化碳浓度实时检测，得到浓度最 大值。再做一组不加阻化剂的空白实验，将得到的最大浓度值与前者进行比较，结果发现经 化学阻化剂和物理阻化剂共同作用的煤层，其CO最大浓度比未阻化的降低了 90%。
实施例2:
本实施例中的化学阻化剂的制备过程为称取2g的高锰酸钾，2.化脂肪醇醚磺基琥珀 酸酯二钠盐(MES )， 0. 6g十二烷基二曱基氧化胺(OB-2 ), 0. lg椰油酰胺丙基甜菜碱(CAB ), 0. 02g聚丙烯酰胺(PAM)和0. 15g烷基酚聚氧乙烯醚(OP-10),依次溶解于194. 73g水中， 搅拌至均相。
物理阻化剂的制备过程为称取10g氯化钙(CaCl2), 14g氯化镁(MgCl2), 2. 4g的脂 肪醇醚磺基琥珀酸酯二钠盐(MES ), 0. 6g十二烷基二曱基氧化胺(OB-2 ), 0. lg椰油酰胺丙 基甜菜碱(CAB), 0. 02g聚丙烯酰胺(PAM)和0. 15g烷基酚聚氧乙烯醚(OP-10)，依次溶解 于172. 73g水中，搅拌至均相。
本实施例中的阻化剂使用方法及其对比实验过程为
先称取100g煤炭，经粉碎机粉碎后，置于容量为500ml的烧杯中，用泡沫喷枪将制备 好的化学阻化剂喷射出大量泡沫喷洒至烧杯中，泡沫充满整个烧杯，然后放入一只含有100ml 水的容量为1L的烧杯中，将该1L的烧杯密封后放入4(TC烘箱中。经大约3 ~ 12小时待泡沫完全消失后，进行一氧化碳浓度实时检测，得到浓度最大值。做一组不加阻化剂空白实验， 将得到的最大浓度值与前者进行比较，结果发现经阻化后的样品CO最大浓度值相比于未经 阻化的对照样品降低了 7 0°/。。再将残余物烘干进行红外光谱分析，观察阻化前后官能团的变 化，结果发现易于氧化的官能团如芳烃类、甲基类振动峰明显减少或消失。
按照上述方法重复一次实验，待泡沫消失后将物理阻化剂溶液用喷枪喷洒至化学阻化剂 阻化后的煤层，泡沫充满整个500ml烧杯后放入含有100ml水的1L烧杯中，密封后放入40 。C烘箱中，经大约10~24小时等到泡沫完全消失后进行一氧化碳浓度实时检测，得到浓度最 大值。再做一组空白实验(即不加阻化剂)，将得到的最大浓度值与前者进行比较，结果发 现经化学阻化剂和物理阻化剂共同作用的煤层，其C0最大浓度比未阻化的降低了 90°/。。
实施例3:
本实施例中的化学阻化剂的制备过程为称取4g的高锰酸钾，3g脂肪醇醚磺基琥珀酸 酯二钠盐(MES )， 0. 8g a-烯基磺酸钠(AOS ), 0. 15g椰油酰胺丙基甜菜碱(CAB ), 0. 05g聚 丙烯酰胺(PAM)和0. 2g烷基酚聚氧乙烯醚(OP-10),依次溶解于191. 8g水中，搅拌至均 相。
物理阻化剂的制备过程为称取10g氯化钩(CaCl2), 20g氯化镁(MgCl2)， 3g的脂肪 醇醚磺基琥珀酸酯二钠盐(MES), 0. 8gcc-烯基磺酸钠(AOS), 0. 15g椰油酰胺丙基甜菜碱 (CAB), 0. 05g聚丙烯酰胺(PAM)和0. 2g烷基酚聚氧乙烯醚(OP-10),依次溶解于165. 8g 水中，搅拌至均相。
本实施例中的阻化剂使用方法及其对比实验过程为
先称取100g煤炭，经粉碎机粉碎后，置于容量为500ml的烧杯中，用泡沫喷枪将制备 好的化学阻化剂喷射出大量泡沫喷洒至烧杯中，泡沫充满整个烧杯，然后放入一只含有100ml 水的容量为1L的烧杯中，将该1L的烧杯密封后放入4(TC烘箱中。经大约3 ~ 12小时待泡沫 完全消失后，进行一氧化碳浓度实时检测，得到浓度最大值。做一组不加阻化剂的空白实验， 将得到的最大浓度值与前者进行比较，结果发现经阻化后的样品CO最大浓度值相比于未经 阻化的对照样品降低了 70%。再将残余物烘干进行红外光谱分析，观察阻化前后官能团的变 化，结果发现易于氧化的官能团如芳烃类、曱基类振动峰明显减少或消失。
按照上述方法重复一次实验，待泡沫消失后将物理阻化剂溶液用喷枪喷洒至化学阻化剂 阻化后的煤层，泡沫充满整个500ml烧杯后放入含有100ml水的1L烧杯中，密封后放入40 i:烘箱中，经大约10-24小时等到泡沫完全消失后进行一氧化碳浓度实时检测，得到浓度最 大值。再做一组不加阻化剂的空白实验，将得到的最大浓度值与前者进行比较，结果发现经 化学阻化剂和物理阻化剂共同作用的煤层，其CO最大浓度比未阻化的降低了 90°/。。
权利要求
1、一种防治矿井煤自燃的泡沫型阻化剂，其特征在于由配合使用的化学阻化剂和物理阻化剂共同组成；所述化学阻化剂由按占其质量百分比0.5～2％的氧化剂与1～1.5％的起泡剂、0.2～0.4％的泡沫稳定剂、0.05～0.1％的增稠剂和0.05～0.1％的乳化剂组成；所述物理阻化剂由按占其质量百分比10～15％的无机盐与1～1.5％的起泡剂、0.2～0.4％的泡沫稳定剂、0.05～0.1％的增稠剂和0.05～0.1％的乳化剂组成。
2、 如权利要求1所述防治矿井煤自燃的泡沫型阻化剂，特征在于所述氧化剂选自高 锰酸盐、次氯酸盐或过氧化物。
3、 如权利要求1所述防治矿井煤自燃的泡沫型阻化剂，特征在于所述无机盐选自氯 化物或硫酸盐。
4、 如权利要求1所述防治矿井煤自燃的泡沫型阻化剂，特征在于所述起泡剂为脂肪 醇醚《黄基琥珀酸酯二钠盐。
5、 如权利要求1所述防治矿井煤自燃的泡沫型阻化剂，特征在于所述泡沫稳定剂选 自十二烷基二曱基氧化胺或ot -烯基磺酸钠。
6、 如权利要求1所述防治矿井煤自燃的泡沫型阻化剂，特征在于所迷增稠剂选自椰 油酰胺丙基甜菜碱或聚丙烯酰胺。
7、 如权利要求1所述防治矿井煤自燃的泡沫型阻化剂，特征在于所述乳化剂为烷基 酚聚氧乙烯醚。
8、 权利要求1所述防治矿井煤自燃的泡沫型阻化剂的使用方法，其特征在于先将化 学阻化剂稀释成浓度为1. 76~4. lwty。的水溶液，喷洒到需要防治自燃的煤层区域，经30 分钟至一个小时，再将稀释成浓度为11. 06~16. 9 wt %的水溶液的物理阻化剂喷洒到同一 煤层区域；阻化液均以泡沫为载体覆盖于煤层表面。
全文摘要
本发明公开了一种防治矿井煤自燃的泡沫型阻化剂及其使用方法，特征是按化学阻化剂的总质量将0.5～2％氧化剂溶于水，再依次加入1～1.5％起泡剂、0.2～0.4％泡沫稳定剂、0.05～0.1％增稠剂和0.05～0.1％乳化剂搅拌混匀得到化学阻化剂；按物理阻化剂的总质量将10～15％的无机盐与其它成分采取与前面相同的方式加入，得到物理阻化剂；使用时，先将化学阻化剂稀释成浓度为1.76～4.1wt％的水溶液，喷洒到目标煤层区域，经30分钟至一小时，再将稀释成浓度为11.06～16.9wt％的水溶液的物理阻化剂喷洒到同一区域；阻化液泡沫覆盖于煤层表面，即可对这一区域的煤层达到长时间防治自燃的效果。
文档编号E21F5/00GK101476479SQ200910116090
公开日2009年7月8日 申请日期2009年1月20日 优先权日2009年1月20日
发明者磊 宋, 伟 杨, 源 胡 申请人:中国科学技术大学