一种灭火组合物、其用途及灭火方法
【专利摘要】本发明公开了一种灭火组合物，包括灭火粉末和水，灭火粉末与水的重量比为1:0.8-1.2，其中灭火粉末由如下组成：3-7重量份的硅钙渣、1-3重量份的粉煤灰、1-3重量份的脱硫石膏和0.5-1.5重量份的水泥。本发明还公开了一种对采空区煤炭自燃进行灭火的方法：（1）将3-7重量份的硅钙渣、1-3重量份的粉煤灰、1-3重量份的脱硫石膏和0.5-1.5重量份的水泥组成灭火粉末与水按1:0.8-1.2的重量比混合搅拌，制成灭火浆液；（2）将步骤（1）制成的灭火浆液注入或喷洒至有灭火需要的采空区进行灌浆灭火。本发明还提供了灭火组合物用于对采空区煤炭自燃进行灭火的用途。本发明的方法降低了对粘土或黄土的使用，降低对灭火浆液处理的工作量，能够对煤炭燃烧产生的酸性气体进行固化。
【专利说明】一种灭火组合物、其用途及灭火方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及对煤矿采空区进行灭火的领域。
【背景技术】
[0002]煤矿的采空区由于没有及时封闭或是封闭不严会不断有风漏入，导致煤炭不断氧化，产生热量，当热量达到一定程度时便会引起煤炭自燃，此时便需要对发生煤炭自燃的采空区进行灭火。目前常用的灭火方式为灌浆灭火，即将黄土或粘土与水等按一定比例混合并制成浆液后，通过灌浆灭火系统输送至自燃区，对自燃的煤炭、煤矸石等形成包裹、隔绝空气，从而达到灭火的目的。
[0003]由于灭火用的浆液需要满足一定的粒度才能产生较好的效果，而采用黄土或粘土制浆一方面浪费土地资源，破坏环境，一方面粒度难以满足要求，需进行大量的破碎研磨，费时费力，同时制成的浆液含量难以控制，灭火性能不够稳定。目前也有一些矿区采用其他替代材料进行灭火，例如采用页岩、矸石和选矿厂尾矿等，但这些材料均需要破碎工艺对原料进行加工，非常地麻烦，并且对岩石的破碎一般要占用选矿厂耗能的40%以上，破碎既费电又费机器。另夕卜，由于原煤中含有多种杂兀素，在燃烧时会生成S02、SO3> H2S> CO2等酸性气体，即便自燃区域的火势被最终扑灭，生成的这些有毒气体也会蓄积或溢出，对煤矿工作人员或大气造成不利影响。
【发明内容】
[0004]本发明的目的是提供一种灭火组合物，其用途以及对采空区煤炭自燃进行灭火的方法，减少对黄土或粘土的使用、降低对浆液处理的工作量，同时能够对煤炭燃烧产生的酸性气体进行固化。
[0005]为实现上述目的，本发明采取了如下的技术方案:
[0006]本发明提供了一种灭火组合物，所述组合物包括:灭火粉末和水，所述灭火粉末与水的重量比为 1:0.8-1.2 (例如 1:0.85,1:0.90,1:0.95,1:1.05,1:1.10,1:1.15);其中所述灭火粉末由如下物质组成:3-7重量份的娃I丐禮:(例如4、4.5、5、5.5、6、6.5重量份)、1-3重量份的粉煤灰(例如1.5、2、2.5重量份)、1-3重量份的脱硫石膏(例如1.5、2、2.5重量份)和0.5-1.5重量份的水泥(例如0.7,0.9、1.2、1.4重量份)。
[0007]优选地，所述灭火粉末包括4-6重量份的娃I丐洛、1.5-2.5重量份的粉煤灰、
1.5-2.5重量份的脱硫石膏和0.8-1.3重量份的水泥。进一步优选地，所述灭火粉末包括5重量份的硅钙渣、2重量份的粉煤灰、2重量份的脱硫石膏和I重量份的水泥。
[0008]优选地，所述硅钙渣、粉煤灰、脱硫石膏和水泥的粒度小于等于2_，例如小于等于
1.8mm> 1.5mm> 1.2mm> 1.0mm>0.9mm 或 0.7mmη
[0009]本发明还提供了一种对采空区煤炭自燃进行灭火的方法，所述方法包括:
[0010](I)将3-7重量份的硅钙渣、1-3重量份的粉煤灰、1-3重量份的脱硫石膏和0.5-1.5重量份的水泥组成的灭火粉末与水按1:0.8-1.2的重量比混合搅拌，制成灭火浆液；
[0011](2)将步骤(I)制成的所述灭火浆液注入或喷洒至有灭火需要的采空区进行灌浆灭火。由于本发明采用的制浆原料大部分都是工业废弃物，因此无需使用黄土或粘土，减少了对土壤资源的消耗，保护了环境；另外，由于本发明采用的制浆原料本身的粒度都很小，因此仅需要简单地研磨就能满足要求，节省了大量的人力物力。另外，硅钙渣中含有的CaO与水反应生成Ca(OH)2能吸收、中和采空区煤炭燃烧生成的S02、SO3> H2S, CO2等酸性气体，生成CaS03、CaSO4, CaCO3等产物，减少了这些酸性气体的危害。
[0012]优选地，所述灭火粉末包括4-6重量份的娃I丐洛、1.5-2.5重量份的粉煤灰、1.5-2.5重量份的脱硫石膏和0.8-1.3重量份的水泥。进一步优选地，所述灭火粉末包括5重量份的硅钙渣、2重量份的粉煤灰、1.5-2.5重量份的脱硫石膏和I重量份的水泥。
[0013]优选地，在步骤(I)中，将所述灭火粉末与水按1:1的重量比混合搅拌。
[0014]优选地，在进行步骤(I)之前，对所述硅钙渣、粉煤灰、脱硫石膏和水泥进行研磨，使得所述硅钙渣、粉煤灰、脱硫石膏和水泥的粒度小于等于2mm，进一步优选所述硅钙渣、粉煤灰、脱硫石膏和水泥的粒度小于等于1_。
[0015]优选地，在步骤(I)中，在将所述灭火粉末与水混合后先浸泡至少12小时，例如浸泡I天、2天或更久，再进行搅拌。
[0016]本发明还提供了上述灭火组合物用于对采空区煤炭自燃进行灭火的用途。
[0017]在本发明中，术语“粉煤灰”是指燃煤电厂从煤燃烧后的烟气中收集到的细小粉末，是燃煤电厂排出的主要固体废物，其主要组成成份为:
[0018]SiO2 为 42-48%，CaO 为 1_5%，Fe2O3 为 2_4%，Al2O3 为 40-45%，其余为杂质。
[0019]在本发明中，术语“硅钙渣”是指对粉煤灰经碱法提取氧化铝和部分二氧化硅后剩余的工业废渣，其主要组成成份为=SiO2为20-25%，CaO为45_55%，Mg0为0.5-2.0%，Na20为3%-7%，Fe203为1.5-3.8%，其余为杂质。硅钙渣具有多种优良性能，例如无自燃性和助燃性、不易氧化、
[0020]熔点高、有足够的密封性能、能够成浆、利于管道输送等，能够满足矿井灭火灌浆材料的要求。
[0021]在本发明中，术语“脱硫石膏”是指燃煤电厂烟气道粉尘经脱硫处理后的固体产物,其主要组成成份为:Si02 为 3.0-6.0%, CaO 为 37-43%，MgO 为 1.0-1.5%, Na2O 为 3%_7%，Fe2O3 为 1.5-3.8%ο SO3 为 48-53%，其余为杂质。
[0022]在本发明中，术语“水泥”是指硅酸盐水泥。
[0023]本发明的灭火方法与传统灌浆灭火方法在采取的灭火材料方面相比，除灭火浆液中的水降温作用相同外，本发明的方法中采取的灭火浆液具有如下优点:硅钙渣中含有较高含量的CaO，与水反应生成的Ca (OH) 2对燃烧的煤炭以及煤矸石等起到粘附、包裹、隔氧作用。另外Ca(OH)2能吸收、中和井下煤燃烧生成S02、SO3> H2S, CO2等酸性气体，生成CaS03、CaSO4XaCO3等产物，有一定的固硫作用，同时这些产物对自燃的煤炭形成包裹体，起到灭火作用。在不同温度下，硅钙渣中CaO与水反应的浆液还能和粉煤灰、自燃煤矸石、过火矸中的活性Si02、Al203、Fe203等组分不同程度地发生化学反应，生成水化硅酸钙、水化铝酸钙、水化铁酸钙、水化铝硅酸钙等，这些物质会与煤矸石以及燃烧的煤炭形成固结体，这些固结体充填了井下的孔隙，降低了透气性，进而对井下煤炭的自燃起到阻燃作用。[0024]另外，本发明所提供的各组分的配比也能够带来很好的效果。在这种比例条件下，混合浆液中的水最先起到灭火作用，并且产生大量水蒸汽，在井下形成高压区；高温下水泥发生水化作用并且达到初凝，对灭火材料有着初步的定型作用；为了避免水泥水化速度过快，脱硫石膏起到对其缓凝作用，同时脱硫石膏中的钙质组分与硅钙渣、粉煤灰等物质在水蒸气产生的高压下水热合成硅酸盐，在最佳的质量分配比下，能够最大限度的生成大量硅酸钙。硅酸钙有着不燃、耐火、耐腐蚀、强度高、导热系数小、不透水、无毒等优点，一方面能够阻隔自燃产生的有毒有害气体，硅钙渣中的碱性成分能够固化煤炭燃烧生成的硫化物等有毒气；一方面能够对自燃区起到隔绝空气阻止进一步燃烧的作用；并且能够起到隔热降低热传导作用，防止临近燃烧的其他区域因为热传导导致温度升高进而再次自燃发生二次事故。
[0025]本发明的方法在不需要对现有灌浆灭火系统进行重大改造的情况下，有效利用了工业废弃物，降低了对黄土或粘土的利用，保护了土壤资源，同时减少了采空区释放和溢出酸性气体的可能性。
【具体实施方式】
[0026]下面结合具体实施例，对本发明做详细描述。
[0027]实施例1
[0028]对粉煤灰、硅钙渣、脱硫石膏和水泥进行机械研磨，使得各组分的粒度不大于1.5mm。在泥浆搅拌池中，将经研磨后的粉煤灰4吨、硅钙渣10吨、脱硫石膏4吨、水泥2吨组成的灭火粉末按1:1的重量比与水混合，浸泡2天并充分搅拌均匀，得到灭火浆液。将灭火浆液通过灌浆灭火系统运输并注入发生煤炭自燃的采空区中，从而实现灭火的目的。
[0029]实施例2
[0030]对粉煤灰、硅钙渣、脱硫石膏和水泥进行机械研磨，使得各组分的粒度不大于1mm。在泥浆搅拌池中，将经研磨后的粉煤灰3吨、硅钙渣7吨、脱硫石膏3吨、水泥I吨组成的灭火粉末按1: 1.2的重量比与水混合，浸泡I天并充分搅拌均匀，得到灭火浆液。将灭火浆液通过灌浆灭火系统运输并注入发生煤炭自燃的采空区中，从而实现灭火的目的。
[0031]实施例3
[0032]对粉煤灰、硅钙渣、脱硫石膏和水泥进行机械研磨，使得各组分的粒度不大于
1.3mm。在泥浆搅拌池中，将经研磨后的粉煤灰3吨、硅钙渣9吨、脱硫石膏9吨、水泥1.5吨组成的灭火粉末按1:0.9的重量比与水混合，浸泡1.5天并充分搅拌均匀，得到灭火浆液。将灭火浆液通过灌浆灭火系统运输并注入发生煤炭自燃的采空区中，从而实现灭火的目的。
[0033]上述实施例仅供说明本发明之用，而并非是对本发明的限制，有关【技术领域】的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，因此所有等同的技术方案也应属于本发明的范畴，本发明的专利保护范围应由各权利要求限定。
【权利要求】
1.一种灭火组合物，其特征在于，所述组合物包括灭火粉末和水，所述灭火粉末与水的重量比为1:0.8-1.2 ； 其中所述灭火粉末由如下物质组成:3-7重量份的硅钙渣、1-3重量份的粉煤灰、1-3重量份的脱硫石骨和0.5-1.5重量份的水泥。
2.根据权利要求1所述的灭火组合物，其特征在于，所述灭火粉末包括4-6重量份的硅钙渣、1.5-2.5重量份的粉煤灰、1.5-2.5重量份的脱硫石膏和0.8-1.3重量份的水泥。
3.根据权利要求1或2所述的灭火组合物，其特征在于，所述灭火粉末与水的重量比为1:0.9-1.1。
4.根据权利要求1所述的灭火组合物，其特征在于，所述硅钙渣、粉煤灰、脱硫石膏和水泥的粒度小于等于2mm。
5.根据权利要求4所述的灭火组合物，其特征在于，所述硅钙渣、粉煤灰、脱硫石膏和水泥的粒度小于等于1mm。
6.一种对采空区煤炭自燃进行灭火的方法，其特征在于，所述方法包括: (1)将3-7重量份的娃I丐禮:、1-3重量份的粉煤灰、1-3重量份的脱硫石骨和0.5-1.5重量份的水泥组成的灭火粉末与水按1:0.8-1.2的重量比混合搅拌，制成灭火浆液； (2)将步骤(I)制成的所述灭火浆液注入或喷洒至有灭火需要的采空区进行灌浆灭火。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述灭火粉末包括4-6重量份的硅钙渣、1.5-2.5重量份的粉煤灰、1.5-2.5重量份的脱硫石膏和0.8-1.3重量份的水泥。
8.根据权利要求6或7所述的方法，其特征在于，在进行步骤(I)之前，对所述硅钙渣、粉煤灰、脱硫石膏和水泥进行研磨，使得所述硅钙渣、粉煤灰、脱硫石膏和水泥的粒度小于等于2mm。
9.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，在步骤(I)中，在将所述灭火粉末与水混合后先浸泡至少12小时，再进行搅拌。
10.一种根据权利要求1所述的灭火组合物的用途，其用于对采空区煤炭自燃进行灭火。
【文档编号】E21F5/06GK104001298SQ201410095386
【公开日】2014年8月27日 申请日期:2014年3月14日 优先权日:2014年3月14日
【发明者】姚平, 徐国华, 王洪武, 宋文义, 周连春, 吴永才, 张补明, 李晓春, 祁正飞, 梁强强, 郝海义, 张治国, 陈圣贺 申请人:神华集团有限责任公司, 神华乌海能源有限责任公司, 内蒙古科技大学