一種氣化灰渣凝膠防滅火材料、使用方法及應用與流程

一種氣化凝膠滅火材料用方及應與流1.本發(fā)明涉及滅火材料技術(shù)領(lǐng)，具體涉及一種氣灰渣凝膠防滅火料、使用方法及應用背技：2.我國煤炭資豐富，大小煤田布全國各地，煤炭是目前我國的主能源，在能源結(jié)構(gòu)占據(jù)主導地位。著煤炭開采技術(shù)高速發(fā)展，新建、建礦井增多和開采度、開采深度增，礦井防滅火問顯得尤為突出，煤自燃火災防治形式越來越嚴峻。按去的經(jīng)驗只要是自燃煤層工作面，盲目的采取所有的有防滅火技術(shù)措，比如棗礦集團煤礦單個工作面就取了注水、注黃泥、注粉煤灰漿、灑阻化劑、注氮注惰性泡沫等滅火法，以上方法和術(shù)雖然在抑制煤自燃方面起到了大的作用，但也存一些局限性。首先水、注漿等方法于材料的自身重力作用，漿液會低處流淌不能在高處存，難以撲滅高處面積火源。注氮滅火技術(shù)較好，但采空區(qū)密封高濃度氮氣存在效率低運行成本高、技復雜等難題。3.此外，目前開的高分子防滅凝膠類或高分子復材料，由于其一采用單一的吸水材料其復合材料只是純地考慮降低材成本，加入一些低本的黃泥、粉煤灰無機材料，在使過程中，高分子吸水樹脂在溶水成凝膠時吸水效果大折扣且過一段時凝膠會析水最終干結(jié)失去果。4.近年來，研者開發(fā)出一種新的滅火劑—凝膠滅火劑。凝膠滅劑是由凝膠和水按照一定例混合形成的膠?，F(xiàn)階段凝膠滅劑中的凝膠材料主分為無機凝膠(如水璃)和高分子凝膠(如聚丙酰胺和聚丙烯酸凝膠)，它們各自具有不同的質(zhì)。無機凝膠滅劑的網(wǎng)狀骨架結(jié)是無機材料，熱穩(wěn)性好，在高溫下緩失水產(chǎn)生水蒸氣吸收大量熱，從能有效降低溫度，體無毒無害、不污環(huán)境，對設備無蝕性，成膠工藝單，便于現(xiàn)場應用但成本相對較高。分子凝膠滅火劑過在黃土、細砂礦粉、泥砂、粉煤等漿液中加入少量些親水性材料(基料)，使?jié){液稠度增加，觀上更加均勻，具有良好的變性，但是泥漿濃度過大，則流性很差，容易阻塞路，并且由于制時需要大量的粉灰和黃土，具有定的運輸成本，故度越大，則成本也越高。因此急需發(fā)一種成本低、水速度慢、成膠速快、無污染且防效率好的防火凝材料。技實要素：5.本發(fā)明的目是為了克服現(xiàn)有術(shù)中的問題，提供種氣化灰渣凝膠滅火材料。6.本發(fā)明的目之一是提供了一氣化灰渣凝膠防滅材料，由以下質(zhì)分數(shù)的原料組分組成：0.25％-0.5％的分散懸浮、1％-1.66％的膠凝、1％-2％的促凝劑，其為灰渣漿液；中，所述灰渣漿由氣化灰渣和水合制成，氣化灰渣和的水灰質(zhì)量比為2：0.4～2。7.較佳地，分懸浮劑為羧甲基維素或鈉基膨潤土8.較佳地，膠劑為羥甲基丙基維素。9.較佳地，促劑為碳酸鈉、乙鈉或磷酸鈉。10.本發(fā)明的目的二是提供氣化灰凝膠防滅火材料的用方法，將灰渣液、分散懸浮劑入攪拌機中混合5～10分，待混合均勻后過管道輸送至礦井著火區(qū)域及堵區(qū)域，按照實防滅火需求，在送管道末端加入膠劑和促凝劑制成膠時間可控的灌漿滅火材料。11.本發(fā)明的目的三是提供氣化灰凝膠防滅火材料在防采空區(qū)煤自燃面的應用。12.與現(xiàn)有技術(shù)相，本發(fā)明的有益果是：13.本發(fā)明的一種化灰渣凝膠防滅材料，將氣化灰渣液與分散懸浮劑分混合，有利于提氣化灰渣漿液的浮效果，從而有避免堵管現(xiàn)象，便運輸。14.本發(fā)明的一種化灰渣凝膠防滅材料，在氣化灰渣液中加入膠凝劑能夠顯著提高氣化渣凝膠的熱穩(wěn)定、保水率和強度膠凝劑的加入能夠水分子固定在網(wǎng)狀架中，同時與氣顆粒物間發(fā)生交作用使其顆粒物填在高分子網(wǎng)狀膠體構(gòu)之間，還能起填充和增加強度作用，增強了其防火效果。15.本發(fā)明的一種化灰渣凝膠防滅材料，氣化灰渣漿加膠凝劑防滅火理：氣化灰渣漿入一定量的膠凝，再加入一定比的促凝劑即可通過學反應形成的復合體。復合膠體中主體骨架為網(wǎng)狀構(gòu)，泥漿中的氣化渣則主要以混合物質(zhì)的形態(tài)充填于狀結(jié)構(gòu)骨架之間由于氣化灰渣漿添膠凝劑后，水被固在凝膠網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，因而其蒸汽壓低，在高溫下失水度較慢。自由水在100℃近吸收熱能使分運動平均能量加，部分能量高水分子脫離分子的相互作用而成氣態(tài)。由于復合體中的水分與網(wǎng)狀構(gòu)的骨架間作用力于水分子間力，以其脫水速度比慢得多。16.本發(fā)明的一種化灰渣凝膠防滅材料，在氣化灰渣液中加入促凝劑能夠調(diào)節(jié)漿液的ph值，進了漿液成膠，短了膠凝時間，夠較好地應對井中的火災突發(fā)事，達到火災防治目的。17.本發(fā)明的一種化灰渣凝膠防滅材料，其組成安全靠，在滅火時不產(chǎn)生毒氣帶來次生失，且滅火后的留物不會造成環(huán)污染，使用安全，潔環(huán)保。18.本發(fā)明的一種化灰渣凝膠防滅材料，實現(xiàn)了氣化渣的有效利用，我國煤制油產(chǎn)業(yè)綠低碳、循環(huán)發(fā)展到指導意義和作。附圖說明19.圖1為本實施煙煤原煤樣程序溫過程中co在不同溫度下的變化20.圖2為本實施煙煤原煤樣程序溫過程中c2h4在不同溫度下的變；21.圖3為本實施無煙煤原煤樣程升溫過程中在不同度下的變化；22.圖4為本實施無煙煤原煤樣程升溫過程中c2h4在不同溫度下的化；23.圖5為本實施褐煤原煤樣程序溫過程中co在不同溫度下的變化24.圖6為本實施褐煤原煤樣程序溫過程中c2h4在不同溫度下的變。具體實施方式25.下面結(jié)合附圖1-6，對本發(fā)明的具實施方式進行細描述，但應當解本發(fā)明的保護圍并不受具體實施方式限制。基于本發(fā)中的實施例，本域普通技術(shù)人員在有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的有其他實施例，屬于本發(fā)明保護的圍。26.實施例127.本發(fā)明提供的種氣化灰渣凝膠滅火材料，由以下量分數(shù)的原料組組成：0.5％的分散浮劑、1.33％的膠凝劑、1.33％的促劑，其余為灰渣液；其中，所述渣漿液由氣化灰和水混合制成，化灰渣和水的水灰量比為2：1；28.其中，分散懸劑為羧甲基纖維，膠凝劑為羥甲基基纖維素，促凝為碳酸鈉。29.實施例230.本發(fā)明提供的種氣化灰渣凝膠滅火材料，包括由下質(zhì)量濃度的原組分組成：灰渣漿、0.5％分散懸浮劑、1.33％膠凝劑1.33％促凝劑，中，所述灰渣漿液由化灰渣和水混合成，氣化灰渣和的水灰質(zhì)量比為2：1.5；31.其中，分散懸劑為羧甲基纖維，膠凝劑為羥甲基基纖維素，促凝為碳酸鈉。32.實施例333.本發(fā)明提供的種氣化灰渣凝膠滅火材料，包括由下質(zhì)量濃度的原組分組成：灰渣漿、0.5％分散懸浮劑、1.25％膠凝劑1.33％促凝劑，中，所述灰渣漿液由化灰渣和水混合成，氣化灰渣和的水灰質(zhì)量比為2：2；34.其中，分散懸劑為羧甲基纖維，膠凝劑為羥甲基基纖維素，促凝為碳酸鈉。35.實施例436.本發(fā)明提供的種氣化灰渣凝膠滅火材料，由以下量分數(shù)的原料組組成：0.5％的分散浮劑、1.33％的膠凝劑、1.33％的促劑，其余為灰渣液；其中，所述渣漿液由氣化灰和水混合制成，化灰渣和水的水灰量比為2：1；37.其中，分散懸劑為鈉基膨潤土膠凝劑為羥甲基丙纖維素，促凝劑碳酸鈉。38.實施例539.本發(fā)明提供的種氣化灰渣凝膠滅火材料，由以下量分數(shù)的原料組組成：0.5％的分散浮劑、1.33％的膠凝劑、1.33％的促劑，其余為灰渣液；其中，所述渣漿液由氣化灰和水混合制成，化灰渣和水的水灰量比為2：1；40.其中，分散懸劑為羧甲基纖維，膠凝劑為羥甲基基纖維素，促凝為乙酸鈉。41.實施例642.本發(fā)明提供的種氣化灰渣凝膠滅火材料，由以下量分數(shù)的原料組組成：0.5％的分散浮劑、1.33％的膠凝劑、1.33％的促劑，其余為灰渣液；其中，所述渣漿液由氣化灰和水混合制成，氣化灰渣和水的灰質(zhì)量比為2：1；43.其中，分散懸劑為羧甲基纖維，膠凝劑為羥甲基基纖維素，促凝為磷酸鈉。44.分散懸浮劑羧基纖維素cmc屬于高分子合物，通過靜電間位阻效應使固體在漿液中形穩(wěn)定的分散體系當向cmc加入氣化灰渣漿液后，方面，cmc在溶液中發(fā)電離，帶負電性，甲基可以通過氫、靜電作用與氣化渣顆粒結(jié)合；另方面，cmc的聚合物骨架構(gòu)與纖維素相似在側(cè)鏈上存在大量親水基團，鏈則在溶劑中充伸展，并且水溶中為薄片狀和線狀化分子聚集體的分均勻，形成孔隙寸較小且形態(tài)復的，在固/液界面處形成一層屏障阻，阻了固體顆粒沉降本發(fā)明的預防采區(qū)煤自燃的防滅火料中的分散懸浮劑cmc有于提高氣化灰漿液的懸浮效果從而有效避免堵現(xiàn)象。45.上述的一種預采空區(qū)煤自燃的滅火材料，膠凝劑甲基丙基纖維素hpmc屬于線性分子材料，溶于后與漿液中的固顆粒結(jié)合，在凝膠子周圍形成水分子層既能降低凝膠粒的表面能，又能止凝膠粒子相互靠。首先，會形成一數(shù)量的聚集體，后聚集體間的距逐步縮小。最終產(chǎn)含有大量水的網(wǎng)絡構(gòu)，即形成凝膠本發(fā)明的預防采區(qū)煤自燃的防滅火材料中的膠凝劑提高防滅火材料的熱定性，將水分子定在網(wǎng)狀構(gòu)架中使失去流動性，減弱水分損失，增強其防滅火效果。46.上述的一種預采空區(qū)煤自燃的滅火材料，促凝劑na2co3，其特征在于，因為na2co3水溶在水中完全電離得到na和hco3-。由于hco3-會發(fā)生水解反應生成co32-和oh-，因此溶液呈堿。隨著na2co3的添加，漿液液ph值升高，促進了液成膠，縮短了膠凝間，能夠較好地對礦井中的火災發(fā)事故，達到火災治的目的。47.上述氣化灰渣膠防滅火材料的用方法，所述將灰漿液、分散懸浮加入攪拌機中混合～10分鐘，待混合均勻后行管道輸送，按實際防滅火需求，在輸送管道端加入膠凝劑和凝劑制成膠凝時可控的灌漿防滅火料；上述預防采區(qū)浮煤自燃的材通過灌漿管道灌至煤礦著火區(qū)域及堵區(qū)域。該應用對障煤礦安全高效采提供幫助。同氣化灰渣屬于三廢放物，該應用實現(xiàn)氣化灰渣的有效用，對我國煤制產(chǎn)業(yè)綠色低碳、循發(fā)展起到指導意義作用。48.試驗例1：49.利用程序升溫序和氣相色譜，過對比分析，對氣灰渣漿添加分散浮劑、膠凝劑、促劑在抑制煙煤氧自燃過程的作用果進行分析驗證。50.實驗對比材料配比如表1：51.52.下面分對表1中的材料進行程序溫實驗，并采用相色譜儀分析co與c2h4在40℃220℃的濃度變化：53.由圖1、圖可以看出：54.(1)由程序溫過程中取得的煤氣體數(shù)據(jù)進行分析，煙煤co在80℃出現(xiàn)，之后隨溫度加含量呈指數(shù)級長；55.(2)c2h4是130℃之后出現(xiàn)，隨后其濃也是隨溫度增加指數(shù)級增長。而對于經(jīng)過cacl2、氣化灰渣凝膠處過的煤樣，co和c2h4氣體也分別100℃和130℃產(chǎn)生，且濃度較大但氣體濃度與原樣相比均表現(xiàn)出不幅度的下降。56.(3)凝膠對煤處理后，產(chǎn)生co和c2h4氣體濃度相比煙煤原樣分別下降了52.1％和38.2％57.煤與氧氣在升氧化過程中，生co、co2以及其他產(chǎn)物，反應方為：58.coalo2→mcogco2其他物(1)59.根據(jù)化學反應力方程阿倫尼烏方程可知，任意溫下煤氧之間發(fā)生學反應的反應速率：[0060][0061]由式(2)可知co的反速率為：[0062][0063]式中，v(y)為應速率；tk為煤體的熱力學度，k；k0為指數(shù)前因子m為反應級數(shù)；為空氣氧氣摩爾濃度，mol/m3ea為活化能，kj/mol；r氣體常數(shù)，8.314kj/(k·mol)。[0064]由于原始煤體中在一定原始的co2，而煤內(nèi)一般不存在原的co氣體，因此在任意溫度時氧反應速率以co計量。[0065]設經(jīng)加熱后的干氣僅沿煤樣罐的向流動，且煤樣量與保持不變，沿樣罐軸向某處煤體co生成速率為：[0066]s·vcodx＝k·vg·dc(4)[0067]式中，s為煤罐的截面積，m2；vco為co的生成速，mol/m3；k為單位換算系，22.4×109；c為煤氧過程中co生成量，ppm；vg為氣流速率，m3/s。[0068]將(4)帶入式(3)兩邊分并取自然對數(shù)：[0069][0070]由式(5)可知，根lncout與1/ti計算并作圖，得斜率k即可求出煤樣的活能ea。[0071]按上述方法對程升溫過程中經(jīng)氣色譜所測濃度分取40℃、60℃、80℃、100℃、120℃的濃度進行計算作圖處理，即得到煤煤樣經(jīng)防滅火化材料處理前后的活能。如表2所示。[0072]表2煙煤反應的活能(kj/mol)[0073][0074]煤樣經(jīng)cacl2和凝處理后其活化能一定幅度的提升。煤在經(jīng)氣化灰渣膠處理后，在程升溫氧化自燃過中，其活化能分增加了11.12kj/mol，增長幅度分別為18.6％。說明化材料的加入降了煤的氧化反應速，抑制了煤氧反進程。凝膠處理后活化能大于cacl2處理后活化能，說明阻性能優(yōu)于cacl2。[0075]實驗例2：[0076]利用程序升溫程和氣相色譜，通對比分析，對氣灰渣漿添加分散懸劑、膠凝劑、促劑在抑制無煙煤化自燃過程的作效果進行分析驗證[0077]實驗對比材料和比如表3：[0078][0079]下面分別對表3中材料進行程序升實驗，并采用氣相譜儀分析co與c2h4在40℃至220℃濃度變化：[0080]由圖3、圖4可看出：[0081](1)經(jīng)氣化灰渣凝處理后的無煙煤樣比經(jīng)cacl2處理后的煤樣氣體度下降的幅度更大，co在起始溫度40℃開始出現(xiàn)當溫度升高至220℃時原煤co濃度達到10073ppm，而經(jīng)cacl2和氣化渣凝膠處理后的樣co濃度分別下降至8527ppm和6242ppm，下幅度分別為15.3％和38.1％；[0082](2)經(jīng)氣化灰渣凝處理后的煤樣出c2h4氣體的起始溫度則由160℃上升至170℃，在220℃濃度則由6.86ppm下降至4.45ppm2.35ppm，經(jīng)cacl2和氣化灰渣凝膠處后的煤樣產(chǎn)生的c2h4下降幅分別為35.1％和65.8％，說明氣化灰渣凝膠阻化效果優(yōu)于常的阻化劑cacl2。[0083]煤與氧氣在升溫化過程中，生成co、co2以及其產(chǎn)物，反應方程：[0084]coalo2→mcogco2其他物(1)[0085]根據(jù)化學反應動方程阿倫尼烏斯程可知，任意溫下煤氧之間發(fā)生化反應的反應速率為[0086][0087]由式(2)可知co的反速率為：[0088][0089]式中，v(y)為應速率；tk為煤體的熱力學度，k；k0為指數(shù)前因子m為反應級數(shù)；為空氣氧氣摩爾濃度，mol/m3ea為活化能，kj/mol；r氣體常數(shù)，8.314kj/(k·mol)。[0090]由于原始煤體中在一定原始的co2，而煤內(nèi)一般不存在原的co氣體，因此在任意溫度時氧反應速率以co計量。[0091]設經(jīng)加熱后的干氣僅沿煤樣罐的向流動，且煤樣量與保持不變，沿樣罐軸向某處煤體co生成速率為：[0092]s·vcodx＝k·vg·dc(4)[0093]式中，s為煤罐的截面積，m2；vco為co的生成速，mol/m3；k為單位換算系，22.4×109；c為煤氧過程中co生成量，ppm；vg為氣流速率，m3/s。[0094]將(4)帶入式(3)兩邊分并取自然對數(shù)：[0095][0096]由式(5)可知，根lncout與1/ti計算并作圖，得斜率k即可求出煤樣的活能ea。[0097]按上述方法對程升溫過程中經(jīng)氣色譜所測濃度分取40℃、60℃、80℃、100℃、120℃的濃度進行計算作圖處理，即得到煙煤煤樣經(jīng)防滅阻化材料處理前后的化能。如表4所示。[0098]表4無煙煤反應的化能(kj/mol)[0099][0100]無煙煤經(jīng)cacl2和膠處理后其活化有一定幅度的提升無煙煤在經(jīng)氣化渣凝膠處理后，程序升溫氧化自過程中，其活化增加了4.18kj/mol，增長幅度分別為6.5。說明阻化材料加入降低了煤的化反應速率，抑制煤氧反應進程。膠處理后的活化大于cacl2處理后的活化能，說阻化性能優(yōu)于cacl2。[0101]實驗例3：[0102]利用程序升溫程和氣相色譜，通對比分析，對氣灰渣漿添加分散懸劑、膠凝劑、促劑在抑制褐煤氧自燃過程的作用果進行分析驗證。[0103]實驗對比材料和比如表5：[0104][0105]下面分別對表1中材料進行程序升實驗，并采用氣相譜儀分析co與c2h4在40℃至220℃濃度變化：[0106]由圖5、圖6可看出：[0107](1)對于用作發(fā)電燃料、化工原料褐煤，與無煙煤和煤相比，其co和c2h4氣體濃度相對上升；[0108](2)對于褐煤原煤，其co濃度在70℃達到94.82ppm，c2h4在度出現(xiàn)，濃度為1.569ppm，溫升高至200℃時，co和c2h4氣體度分別達到19703ppm和88.86ppm；經(jīng)cacl2和氣化渣凝膠處理后的樣co濃度分別降至15038ppm和9242ppm，下幅度達到21.2％和51.5％c2h4氣體的在200℃時濃則由88.86ppm下降67.45ppm和49.35ppm，下幅度分別為24.1％和44.5％。[0109]煤與氧氣在升溫化過程中，生成co、co2以及其產(chǎn)物，反應方程：[0110]coalo2→mcogco2其他物(1)[0111]根據(jù)化學反應動方程阿倫尼烏斯程可知，任意溫下煤氧之間發(fā)生化反應的反應速率為[0112][0113]式(2)可知co反應速率為：[0114][0115]式中，v(y)為應速率；tk為煤體的熱力學度，k；k0為指數(shù)前因子m為反應級數(shù)；為空氣氧氣摩爾濃度，mol/m3ea為活化能，kj/mol；r氣體常數(shù)，8.314kj/(k·mol)。[0116]由于原始煤體中在一定原始的co2，而煤內(nèi)一般不存在原的co氣體，因此在任意溫度時氧反應速率以co計量。[0117]設經(jīng)加熱后的干氣僅沿煤樣罐的向流動，且煤樣量與co2保持不變，沿煤罐軸向某處煤體co生成速率為：[0118]s·vcodx＝k·vg·dc(4)[0119]式中，s為煤罐的截面積，m2；vco為co的生成速，mol/m3；k為單位換算系，22.4×109；c為煤氧過程中co生成量，ppm；vg為氣流速率，m3/s。(4)帶入式(3)兩邊積分并取自對數(shù)得：[0120][0121]由式(5)可知，根lncout與1/ti計算并作圖，得斜率k即可求出煤樣的活能ea。[0122]按上述方法對程升溫過程中經(jīng)氣色譜所測濃度分取40℃、60℃、80℃、100℃、120℃的濃度進行計算作圖處理，