一种基于阻化剂骨架的橡胶CO2水合物球及其应用

一种基于阻化剂骨架的橡胶co2水合物球及其应用
技术领域
1.本发明涉及煤矿火灾防控技术领域,尤其涉及一种基于阻化剂骨架的橡胶co2水合物球及其应用。


背景技术：

2.对于煤矿采空区来说，任何情况下都存在火灾发生的危险，特别是采空区遗煤自燃引发的煤火灾害。在煤火灾害发生的过程中，最主要的危险性来自于对煤自燃防控的失效，一旦发生失效，煤自燃发展阶段进入剧烈氧化后，煤与氧气的反应将急剧加速。最为严重的情形在于回采过程中未及时控制煤自燃的发展，在防控失效的情况下，煤自燃放出的热量无法散出，热量在采空区遗煤中不断积累和传导，导致发生剧烈的煤与氧气的链式反应，必将造成大面积的煤田火灾，从而导致人员伤亡和煤炭资源浪费。反应热在遗煤中大量积累，遗煤温度的升高导致煤与氧气的反应速率或传热效率明显被提升，有可能进一步引发煤尘瓦斯爆炸和大面积煤田火灾的发生，导致火灾失控，煤矿人员伤亡，停产，爆炸，地质灾害等风险发生。
3.因此，研究采空区遗煤自燃防控方法，提供有效的防控遗煤自燃方法以及阻止自燃的装置具有重要意义。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于为了克服现有技术的不足而提供一种基于阻化剂骨架的橡胶co2水合物球及其应用。
5.为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：
6.本发明提供了一种基于阻化剂骨架的橡胶co2水合物球，包含内部橡胶壳1、外部橡胶壳2、co2水合物3、钢针4和阻化剂骨架5。
7.作为优选，所述阻化剂骨架5为空心球状结构，阻化剂为无机盐类固体阻化剂。
8.作为优选，所述钢针4设置在内部橡胶壳1和外部橡胶壳2中间的阻化剂骨架5中。
9.作为优选，所述橡胶co2水合物球的胀裂时间为6～8天。
10.作为优选，所述内部橡胶壳1和外部橡胶壳2能够伸缩，外部橡胶壳2用于隔绝空气和阻化剂骨架。
11.本发明还提供了一种所述的基于阻化剂骨架的橡胶co2水合物球在煤矿采空区自燃防控中的应用，所述橡胶co2水合物球布置在煤矿采空区内部。
12.本发明的有益效果包括：
13.本发明提供的基于阻化剂骨架的橡胶co2水合物球利用co2水合物和阻化剂抑制煤体自燃的优点，将co2水合物能大量储存co2气体的特点和阻化剂溶液防自燃原理进行结合，能最大限度抑制采空区煤体自燃。
14.本发明以co2水合物胀裂为核心，阻化剂骨架为辅，在没有人为干扰的情况下，利用co2水合物不断释放co2气体，致使橡胶co2水合物球胀破或者接触钢针而破裂，co2水合物
与阻化剂充分混合，自动释放出co2气体的同时，水与阻化剂生成阻化剂溶液。co2气体充分释放到采空区，阻化剂溶液喷洒到采空区遗留的煤柱或者煤块上，覆盖到遗煤表面，从而抑制了煤-氧反应，起到很好的阻化作用。同时，这些吸水性很强的盐类能使遗煤长期处于含水潮湿状态，水在蒸发时的吸热降温作用使煤体处于低温，抑制了遗煤初始氧化的发展。
附图说明
15.图1为本发明的基于阻化剂骨架的橡胶co2水合物球的结构示意图，其中，1为内部橡胶壳、2为外部橡胶壳、3为co2水合物、4为钢针、5为阻化剂骨架；
16.图2为本发明的阻化剂骨架的内部结构图，其中1为内部橡胶壳、2为外部橡胶壳、4为钢针、5为阻化剂骨架；
17.图3为本发明的基于阻化剂骨架的橡胶co2水合物球在煤矿采空区的布置图，其中，6为橡胶co2水合物球、7为采空区、8为工作面进风、9为工作面回风；
18.图4为本发明的基于阻化剂骨架的橡胶co2水合物球的工作流程图。
具体实施方式
19.本发明提供了一种基于阻化剂骨架的橡胶co2水合物球，如图1所示，包含内部橡胶壳1、外部橡胶壳2、co2水合物3、钢针4和阻化剂骨架5。
20.本发明的阻化剂骨架的内部结构图如图2所示，包含内部橡胶壳1、外部橡胶壳2、钢针4、阻化剂骨架5。
21.本发明所述阻化剂骨架5优选为空心球状结构，阻化剂优选为无机盐类固体阻化剂，进一步优选为无机钠盐或无机钾盐，进一步优选为硝酸钠、硫酸钠、氯化钠、乙酸钠、氯化钾、硝酸钾、硫酸钾或磷酸钾。
22.在本发明中，阻化剂骨架外部包裹一层橡胶壳(外部橡胶壳)，用于将空气与阻化剂骨架隔绝，防止阻化剂与其它物质反应而使阻化率降低；利用阻化剂制成骨架能够将整个装置支撑起来，保证装下更多co2水合物，并且阻化剂在煤矿防灭火作业中效果显著。
23.在本发明中，阻化剂骨架与水结合，在煤体表面上形成一层水液膜，阻止空气中的氧气与煤接触，阻止羧基反应的发生，进而起到控制氧化反应的作用；宏观上，通过控制煤氧化过程中氧浓度、温度等外在因素，当煤体氧化生热时，水液膜有利于热量的发散，可以隔绝氧气，同时吸热降温，抑制采空区煤体氧化升温，最终达到减少氧化反应的目的。
24.本发明所述钢针4优选设置在内部橡胶壳1和外部橡胶壳2中间的阻化剂骨架5中。
25.在本发明中，内部橡胶壳在膨胀到一定程度还未胀破时，钢针将内部橡胶壳以及co2水合物刺破，以确保co2水合物和阻化剂骨架两者能完全结合。
26.本发明所述内部橡胶壳1和外部橡胶壳2能够伸缩，外部橡胶壳2用于隔绝空气和阻化剂骨架。
27.在本发明中，内部橡胶壳和外部橡胶壳优选由可伸缩橡胶球构成，具有较好的伸缩性；内部橡胶壳的内部装有大量co2水合物，通过co2水合物分解所得的co2气体进行煤矿采空区防灭火。
28.在本发明中，co2水合物能储存大量的co2气体，co2气体具有无污染性，并且，co2气体的窒息、惰性隔氧、吸附阻化的作用远大于其它气体；此外，煤吸附co2气体的能力要远大
于吸附其它惰性气体的能力。因此，本发明在煤矿采空区自燃防控中采用co2水合物。
29.在本发明中，根据内部橡胶壳和外部橡胶壳的伸缩特性以及co2水合物中co2的分解速率设置橡胶co2水合物球的胀裂时间，在伸缩性达到极限的时候会胀裂开，用以保护co2水合物在不需要的时候不会释放出来，以便使co2水合物在规定的条件下释放到采空区。
30.在本发明中，所述橡胶co2水合物球的胀裂时间优选为6～8天，进一步优选为7天。
31.在本发明中，co2水合物优选利用搅拌式扰动的方法制备得到，通过恒定的搅拌速率，提高co2水合物的储气率。
32.在本发明中，co2水合物胀破后，co2水合物生成的水与阻化剂骨架生成阻化剂溶液。
33.本发明还提供了一种所述的基于阻化剂骨架的橡胶co2水合物球在煤矿采空区自燃防控中的应用，所述橡胶co2水合物球布置在煤矿采空区内部。
34.本发明的基于阻化剂骨架的橡胶co2水合物球在煤矿采空区的布置图如图3所示，其中，6为橡胶co2水合物球、7为采空区、8为工作面进风、9为工作面回风。
35.在本发明中，根据煤矿采空区实际情况布置橡胶co2水合物球的数量，优选在煤柱或大量遗煤处橡胶co2水合物球的数量多一些；随着工作面的持续推进，优选为逐步在煤矿采空区放置橡胶co2水合物球，以抑制采空区煤体自燃。
36.本发明的基于阻化剂骨架的橡胶co2水合物球的工作流程图如图4所示。
37.下面结合实施例对本发明提供的技术方案进行详细的说明，但是不能把它们理解为对本发明保护范围的限定。
38.实施例1
39.一种基于阻化剂骨架的橡胶co2水合物球，包含内部橡胶壳、外部橡胶壳、co2水合物、钢针和阻化剂骨架。阻化剂骨架为空心球状结构，阻化剂为硝酸钠固体阻化剂。内部橡胶壳和外部橡胶壳由可伸缩橡胶球构成，具有较好的伸缩性；阻化剂骨架在内部橡胶壳和外部橡胶壳中间，外部橡胶壳用于将空气与阻化剂骨架隔绝，防止阻化剂与其它物质反应。钢针设置在阻化剂骨架中。内部橡胶壳的内部装有大量co2水合物，co2水合物通过恒定的搅拌速率制备得到。橡胶co2水合物球的胀裂时间为7天。
40.基于阻化剂骨架的橡胶co2水合物球用于煤矿采空区时，随着工作面的持续推进，逐步在煤矿采空区放置橡胶co2水合物球，以抑制采空区煤体自燃。
41.实施例2
42.将实施例1的硝酸钠固体阻化剂替换为硫酸钠固体阻化剂、氯化钠固体阻化剂、乙酸钠固体阻化剂、氯化钾固体阻化剂、硝酸钾固体阻化剂、硫酸钾固体阻化剂或磷酸钾固体阻化剂，其他条件和实施例1相同。
43.本发明提供的基于阻化剂骨架的橡胶co2水合物球利用co2水合物和阻化剂抑制煤体自燃的优点，将co2水合物能大量储存co2气体的特点和阻化剂溶液防自燃原理进行结合，能最大限度抑制采空区煤体自燃。本发明以co2水合物胀裂为核心，阻化剂骨架为辅，在没有人为干扰的情况下，利用co2水合物不断释放co2气体，致使橡胶co2水合物球胀破或者接触钢针而破裂，co2水合物与阻化剂充分混合，自动释放出co2气体的同时水与阻化剂生成阻化剂溶液。co2气体充分释放到采空区，阻化剂溶液喷洒到采空区遗留的煤柱或者煤块上，覆盖到遗煤表面，从而抑制了煤-氧反应，起到很好的阻化作用。同时，这些吸水性很强的盐
类能使遗煤长期处于含水潮湿状态，水在蒸发时的吸热降温作用使煤体处于低温，抑制了遗煤初始氧化的发展。
44.以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。