专利名称：一种防止煤尘自燃的砂浆悬浮剂的制作方法
技术领域：
本发明属于煤矿阻化剂技术领域，具体说是涉及一种新型低成本防止煤尘自燃的砂浆悬浮剂。
背景技术：
煤矿火灾多由煤尘自燃引发，煤碳在开采及输送过程中，由于机械震动，风力等多种原因会有很多细煤尘产生或飘落到煤巷道巷壁上，优其是采空区煤尘沉积的更多，这些细煤尘极易低温氧化，引起火灾。为了防止这一现像，好多煤矿在采空区和煤巷壁，用洒水的方法进行预防，也有用粉煤灰，水泥砂浆喷裹煤巷道和煤壁，来隔绝煤氧结合，预防煤尘低温氧化，新型低成本防止煤尘自燃的砂浆悬浮剂。是我们针对晋陕蒙这个三角区，煤炭埋藏浅，煤矿露凤严重，煤巷和采空区存在煤尘自燃这一严重隐患，而其它防自燃的材料价格较高，不易获得，该地区山砂资源丰富，木质素磺酸盐价格低廉，我们就地取材，用木质素磺酸盐接枝共聚改性设计的一种新型低成本防止煤尘自燃的砂浆悬浮剂，经过反复试验该防止煤尘自燃的新型砂浆悬浮剂能够吸热降温，对煤体有包裹作用，能够达到隔绝氧气，胶结顶板、降低采空区空隙率、增加漏风阻力，很好地起到了防止煤尘自燃的效果。
发明内容
本发明的目的是提供了一种由甲氧基聚乙二醇甲基丙烯酸酯的酯化与木质素改性砂浆悬浮剂聚合接支合成的砂浆悬浮剂，砂浆悬浮剂可在水中形成三维网状结构，具有屈服殷假塑性流体特性，能使砂粒悬浮，木质素改性砂浆悬浮剂再辅以少量硅酸盐水泥，在严格控制PH值的条件下和山砂混合，形成稠化砂浆，喷灌煤巷煤壁及采空区使煤氧隔绝起到阻燃目的。本发明是由以下技术方案实现的一种防止煤尘自燃砂浆悬浮剂，其特征是该砂浆悬浮剂是由，A、甲氧基聚乙二醇甲基丙烯酸酯的酯化与B、木质素改性砂浆悬浮剂聚合接支金成的砂浆悬浮剂，其中各含有A、甲氧基聚乙二醇甲基丙烯酸酯的酯化各组分重量含量为甲氧基聚乙二醇1000 (MPEG 1000) 阻聚剂(hm和hd) 甲基丙烯酸(MAA) 催化剂APS
30%NaoH
40% 各 0.03%
15% 0. 375% 1%
水
余量组成，
B、木质素改性砂浆悬浮剂聚合接支各组分重量含量为
木质素磺酸盐25%
丙烯腈2.5%
丙烯酰胺
甲氧基聚乙二醇甲基丙烯酸酯
终端剂
复合催化剂
1. 5%
16% (折成100%计)
0. 6%
0. 3%
水余量组成。所述的甲氧基聚乙二醇甲基丙烯酸酯的酯化制备方法如下在装入有冷凝器、温度计、搅拌器、分水器的反应釜中，打开搅拌，升温至80°C，停止加热，开真空泵，吸干料管中水份1分钟，抽真空至0. 08-0. 1之间，时间30分钟，抽干釜中水分，调真空度至0. 3-0. 4，吸甲氧基聚乙二醇1000MPEG100040 %、阻聚剂hm和hd各 0. 03%加入第一桶中，吸入甲基丙烯酸MAA15%，将催化剂APS0. 375%慢慢加入，分水器加水至液位，打开小排空阀，通氮气，流量每小时0. 7立方米，打开冷凝器循环水流，开蒸气阀，升温至125°C，保温反应5小时，隔30分钟检查记录温度一次，关反应釜进气阀，开冷却水，降温至50°C，放出分水器中的水。打开人孔，慢慢加入提前配好的液碱，然后加入分水器中的水，将高位槽中去离子水加入釜中，搅拌15分钟停机，并将酯化釜上的阀门关闭，备用；B、木质素改性砂浆悬浮剂聚合接支制备方法如下在装入有冷凝器、温度计、搅拌器及滴液桶的反应釜中加入一定量的水与终端剂， 通入氮气，打开搅拌，升温到70°C后同时滴加复合催化剂0. 3%水溶液与上述备用A、16%、 丙烯腈2.5%、丙烯酰胺1.5%，滴完这些单体后滴加木质素磺酸盐水溶液25% (以100% 的木质素磺酸盐计)，(木质素磺酸盐配成50%的水溶液)，滴加时间共2. 5小时，温度65 度-68度，滴加完木质素磺酸盐溶液后补加复合催化剂0. 3%，然后采用静态法聚合，时间
53小时，保温65度左右，升温到85°C以上，反应1小时去除残单，降温到50°C，①若是生产液体产品，需加入矫味剂、防腐剂、过滤包装，②若生产粉状产品则需进真空干燥塔烘干，粉碎，包装既得；所述的掺量低，胶凝材料重量的0. 5% 1. 5%，推荐掺量为1. 0%。本发明的优点是1、选用甲氧基聚乙二醇甲基丙烯酸酯主要接支单体，合成的砂浆悬浮剂氯离子含量低、碱含量低，有利于砂浆的耐久性。使其掺量低，减水率高，收缩小，大幅度提高砂浆的早期、后期强度。2、我们选择让甲氧基聚乙二醇甲基丙烯酸酯、丙烯腈、丙烯酰胺、丙烯酸单体先反应，这样避免了木质素磺酸盐中阻聚物质的干扰，分子量得到很好的增长，同时我们也采用了低温静态法聚合，使木质素磺酸盐与预聚合单体得到了很好的接支共聚。3、现在很多论文提到让甲氧基聚乙二醇甲基丙烯酸酯、丙烯腈、丙烯酰胺、丙烯酸等反应性单体滴加到木质素磺酸盐溶液中，要使产品符合使用要求，得提纯木质素磺酸盐， 因为木质素磺酸盐中的大部分木质素是纸厂、木纤维厂回收的原料来生产的，其中含有大部分杂质。提纯木质素磺酸盐比较麻烦、难以分离且成本较高。我们现采用的工艺克服了这一缺点。4、本发明的木质素改性砂浆悬浮剂的掺加使得砂浆的流动性好、粘结性强，高吸水性，保水时间长不脱水，降低砂浆的稠度，调节木质素改性砂浆悬浮剂的掺量可以满足不同煤巷环境的要求，也可使砂浆的抗折強度，抗压強度降低，但使其折压比和粘结强度有一定程度的提高，从而提高了砂浆的耐久性，同时可以很好地改善砂浆的收缩性能，具有减水率高、引气量小等优点，提高抗压强度，且具有优良的坍落度保持能力。大幅度提高砂浆的早期、后期强度。5、本发明的掺量低，在0. 4%浓度时粘度大于水1800倍以上，在低剪切速率(6 下，能达到的粘度为0. 33 2. 94Pa. s ；在高剪切速率(大于50^)下的表面粘度小
于0. 28Pa. s，从而降低了灌浆材料在管道中的流动阻力，具有可泵性好的特点，6、本发明的材料成本低，是纤维素价格的1/5，不含甲醛等有害物质，无毒无味无害，无环境污染，符合IS014000环境保护管理国际标准，是一种绿色环保产品。具有良好的产业化前景。下面结合实施例对本发明作进一步描述，
具体实施例方式实施例本发明一种防止煤尘自燃的砂浆悬浮剂，分两步合成A、甲氧基聚乙二醇甲基丙烯酸酯的酯化在装有冷凝器、温度计、搅拌器、分水器的反应釜中，打开搅拌，升温至80°C，停止加热。开真空泵，吸干料管中水份1分钟，抽真空至0. 08-0. 1之间，时间30分钟，抽干釜中水分。调真空度至0. 3-0.4，KMPEG1000 800kg阻聚剂hm和hd各600克加入第一桶中吸入甲基丙烯酸四4. 4kg，将催化剂APS 7. 5kg慢慢加入，分水器加水至液位，打开小排空阀。 通氮气，流量每小时0. 7立方米，打开冷凝器循环水流。开蒸气阀，升温至125°C，保温反应 5小时，隔30分钟检查记录温度一次。关反应釜进气阀，开冷却水，降温至50°C，放出分水器中的水。打开人孔，慢慢加入提前配好的液碱21. 3kg，然后加入分水器中的水。将高位槽中去离子水944kg加入釜中，搅拌15分钟停机，并将酯化釜上的阀门关闭，备用。
B、木质素改性砂浆悬浮剂聚合接支在室温下，在装有冷凝器、温度计、搅拌器及滴液桶的1500L的反应釜中加入380 公斤的水与终端剂6公斤，通入氮气，打开搅拌，升温到70°C后同时滴加3公斤复合催化剂兑成的水溶液与160公斤上述A甲氧基聚乙二醇甲基丙烯酸酯(折成100%计)25公斤丙烯腈、15公斤丙烯酰胺，滴完这些单体后滴加500公斤木质素磺酸盐溶液O50公斤木质素磺酸盐兑水250公斤配成50%的溶液)，滴加时间共2. 5小时，滴加完木质素磺酸盐溶液后补加0. 2公斤复合催化剂，然后采用静态法聚合，时间3小时，保温65度左右，升温到85°C 以上，反应1小时去除残单，降温到50°C。①若是生产液体产品，需加入矫味剂、防腐剂、过滤包装，②若生产粉状产品则需进真空干燥塔烘干，粉碎，包装既得。本发明是按下面方法进行检验，灰砂比为1 2;水灰比为0.45;先将木质素改性砂浆悬浮剂先与水泥搅拌均勻，然后再加山砂并搅拌均勻，木质素改性砂浆悬浮剂掺量均按水泥质量的百分数来计算，抗压强度试验和稠度试验参照JGJ 7090建筑砂浆基本性能的试验方法进行.抗折强度试验根据GB/T17671-1999《水泥胶砂强度检测》进行，保水性试验按照法国加气混凝土生产企业中采用的滤纸法进行，具体过程如下(1)将5层慢速滤纸放在塑料圆板上，称其重量；( 将一直接与砂浆接触的快速滤纸放在慢速滤纸上，再将内径56mm、高55mm的圆筒压在快速滤纸上；(3)将砂浆倒入圆筒内；(4)砂浆与滤纸接触 15min后，重新称量慢速滤纸和塑料圆板的重量；( 计算慢速滤纸每平方米面积吸收的水分质量，即为吸水率；(6)吸水率取2次试验结果的算术平均值，若2次吸水率值之差超过 10%，应重做试验；(7)以吸水率表示砂浆的保水性，粘结强度试验，粘结强度用抗折强度表征，试验采用尺寸为160mmX40mmX40mm的棱柱体试样，将先期制作的普通砂浆试样养护至28d龄期，然后切成两半；将两半试样分别与普通砂浆或者神华神东公司砂浆制成试样，再在室内自然养护至一定龄期，然后参照水泥胶砂抗折强度的测试方法进行测试。应用实施例1 取砂浆悬浮剂1. 2kg、普通硅酸盐水泥18kg、山砂55kg、水20. 8kg、依次加入高速混合机内进行高速混合强化传质传热，高速混合15-30分钟，停机放料，待料温自然降温即可进行喷灌煤巷煤壁及采空区。应用实施例2:取砂浆悬浮剂1. 8kg、普通硅酸盐水泥^kg、山砂50kg、水21. 2kg、次加入高速混合机内进行高速混合强化传质传热，高速混合15-30分钟，停机放料，待料温自然降温即可进行喷灌煤巷煤壁及采空区。我们将砂浆悬浮剂按以上比例配成的砂浆进行试验，发现有如下优点(1)具有很强的吸水性能，并能将砂和水固结在一起而不易脱水，很好地保持了井下环境和长时间的防灭火效果，同时当砂浆遇高温时，能充分吸收蒸发，带走更多的热量；(2)当砂浆中的水分被慢慢蒸发掉后，覆盖在煤层上的砂就会固结成砂块，并具有很高的强度，能完成隔绝了煤氧的结合；(3)砂浆中的山砂可以捕获煤炭自燃生成的自由基，从而阻断煤的低温氧化过程；，同时能胶结顶板，降低采空区空隙率，增加漏风助力。(4)含有山砂稠化剂的砂水混合溶液在管道中流动时能形成减阻界面，大大地减缓了对管道的磨损，同时也消除了堵管现象，有利于管道长距离的输送，便于现场大规模的应用；(5)配成砂浆的材料成本低，无毒无味无害，不污染环境，是理想的环保产品。本发明能够吸热降温，对煤体有包裹作用，能够达到隔绝氧气，阻止煤尘的低温氧化，胶结顶板、降低采空区空隙率、增加漏风阻力，很好地起到了防止煤尘自燃的效果。主要用在煤矿巷道和采空区市场潜力较大。现已经在陕西神木锦界煤矿使用，取的了良好的经济效益与社会效益。
权利要求
1. 一种防止煤尘自燃砂浆悬浮剂，其特征是该砂浆悬浮剂是由，A、甲氧基聚乙二醇甲基丙烯酸酯的酯化与B、木质素改性砂浆悬浮剂聚合接支合成的砂浆悬浮剂，其中各含有A、甲氧基聚乙二醇甲基丙烯酸酯的酯化各组分重量含量为甲氧基聚乙二醇1000、MPEG 1000 阻聚剂hm和hd甲基丙烯酸MAA 催化剤APS 30%NaoH水余量组成，B、木质素改性砂浆悬浮剂聚合接支各组分重量含量为木质素磺酸盐丙烯腈丙烯酰胺甲氧基聚乙二醇甲基丙烯酸酯40% 各 0.03%15% 0. 375% 1%终端剂复合催化剂水25%2. 5%1. 5%16%0. 6%0. 3%余量组成。
2.根据权利要求1所述的一种防止煤尘自燃砂浆悬浮剂，其特征是所述的A、甲氧基聚乙二醇甲基丙烯酸酯的酯化的制备方法如下在装入有冷凝器、温度计、搅拌器、分水器的反应釜中，打开搅拌，升温至80°C，停止加热，开真空泵，吸干料管中水份1分钟，抽真空至0. 08-0. 1之间，时间30分钟，抽干釜中水分，调真空度至0. 3-0. 4，吸甲氧基聚乙二醇1000MPEG100040%、阻聚剂hm和hd各0. 03% 加入第一桶中，吸入甲基丙烯酸MAA15%，将催化剂APS0. 375%慢慢加入，分水器加水至液位，打开小排空阀，通氮气，流量每小时0. 7立方米，打开冷凝器循环水流，开蒸气阀，升温至125°C，保温反应5小时，隔30分钟检查记录温度一次，关反应釜进气阀，开冷却水，降温至50°C，放出分水器中的水。打开人孔，慢慢加入提前配好的液碱，然后加入分水器中的水， 将高位槽中去离子水加入釜中，搅拌15分钟停机，并将酯化釜上的阀门关闭，备用； B、木质素改性砂浆悬浮剂聚合接支制备方法如下在装入有冷凝器、温度计、搅拌器及滴液桶的反应釜中加入一定量的水与终端剂，通入氮气，打开搅拌，升温到70°C后同时滴加复合催化剂0. 3%水溶液与上述备用A、16%、丙烯腈2. 5%、丙烯酰胺1. 5 %，滴完这些单体后滴加木质素磺酸盐水溶液25%，以100%的木质素磺酸盐计，木质素磺酸盐配成50%的水溶液，滴加时间共2. 5小时，温度65度-68度，滴加完木质素磺酸盐溶液后补加复合催化剂0. 3%，然后采用静态法聚合，时间3小时，保温 65度左右，升温到85°C以上，反应1小时去除残单，降温到50°C，①若是生产液体产品，需加入矫味剂、防腐剂、过滤包装，②若生产粉状产品则需进真空干燥塔烘干，粉碎，包装既得。
3.根据权利要求1所述的一种防止煤尘自燃砂浆悬浮剂，其特征是掺量低，胶凝材料重量的0.5% 1.5%，推荐掺量为1.0%。
全文摘要
本发明属于煤矿阻化剂技术领域，具体说是涉及一种防止煤尘自燃砂浆悬浮剂，其特征是甲氧基聚乙二醇甲基丙烯酸酯的酯化与木质素改性砂浆悬浮剂聚合接支合成的砂浆悬浮剂，我们选择让甲氧基聚乙二醇甲基丙烯酸酯、丙烯腈、丙烯酰胺、丙烯酸单体先反应，这样避免了木质素磺酸盐中阻聚物质的干扰，分子量得到很好的增长，采用了低温静态法聚合，使木质素磺酸盐与预聚合单体得到了很好的接支共聚，克服了木质素磺酸盐难提纯，分离成本较高缺点，本发明的掺量低，胶凝材料重量的0.5％～1.5％，推荐掺量为1.0％，材料成本低，是纤维素价格的1/5，不含甲醛等有害物质，无毒无味无害，无环境污染，符合环境国际标准，是绿色环保产品，有良好的产业化前景。
文档编号E21F5/00GK102418548SQ201110289728
公开日2012年4月18日 申请日期2011年9月28日 优先权日2011年9月28日
发明者孙云霞, 袁富荣, 韩志亮, 韩杨, 韩林华 申请人:韩林华