本發(fā)明涉及煤礦或煤矸石山的防火滅火技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種煤礦或煤矸石山用防火滅火復(fù)合材料及其制備方法。

背景技術(shù)：

在我國(guó)，自然發(fā)火危險(xiǎn)程度為嚴(yán)重或較嚴(yán)重的煤礦占大中型煤礦總數(shù)的72.86％，自然發(fā)火災(zāi)害較嚴(yán)重的西北、東北、華東等地區(qū)每年由于煤自然發(fā)火而損失的煤炭資源達(dá)到2億噸左右。在煤炭開采、運(yùn)輸和儲(chǔ)存過程中均有可能發(fā)生煤自燃災(zāi)害，尤其是在煤炭開采過程中，煤自燃不僅會(huì)損失大量的煤炭資源，而且容易誘發(fā)瓦斯爆炸事故，這會(huì)嚴(yán)重危及井下人員的生命安全。因此防治煤礦自燃是當(dāng)前煤炭行業(yè)的緊迫任務(wù)之一。

煤矸石是煤炭開采與加工過程中排放的一種含碳量低、灰分高的固體廢棄物，約占煤炭產(chǎn)量的10％～15％。煤矸石的大量排放會(huì)堆積成煤矸石山，這不僅會(huì)占用寶貴的土地資源，破壞自然景觀，而且會(huì)發(fā)生自燃，嚴(yán)重污染礦區(qū)大氣環(huán)境，損害人體健康，因此防治煤矸石山自燃也是當(dāng)前煤炭行業(yè)的緊迫任務(wù)之一。

煤礦自燃和煤矸石山自燃都是一種比較特殊的燃燒系統(tǒng)，可分為自燃孕育期、自燃發(fā)展期和自燃結(jié)束期三個(gè)類型。與一般的火災(zāi)相比，煤礦自燃和煤矸石山自燃具有燃燒發(fā)展過程緩慢而隱蔽、火區(qū)的轉(zhuǎn)移靠火焰、陰燃或氣流傳播、容易復(fù)燃等特點(diǎn)，因此需要采用特殊的防火滅火工程。

目前，預(yù)防(或熄滅)煤礦或煤矸石山自燃的方法主要有消除可燃物法、挖除火源法、泡沫法、覆土法、注水法、注漿法等，其中使用最為廣泛的是注漿法。在現(xiàn)有技術(shù)中，注漿法主要是在煤礦或煤矸石山的燃燒區(qū)打孔，然后借助機(jī)械的力量將固體含量為15％的滅火材料漿液(該滅火材料漿液是由黃土、巖葉、矸石、尾礦、粉煤灰等材料經(jīng)細(xì)?；幚砗蠹铀苽涠傻?通過注漿管注入到燃燒區(qū)的內(nèi)部，使滅火材料漿液滲透充填到煤礦或煤矸石的空隙中，從而依靠水分的蒸發(fā)降溫和滅火材料漿液中固體物質(zhì)的包裹隔氧作用，可以達(dá)到有效預(yù)防(或熄滅)煤礦或煤矸石山自燃的目的。但是，現(xiàn)有的注漿法至少存在以下問題：①滅火材料漿液是利用重力流動(dòng)性滲入封堵燃燒區(qū)的孔洞和間隙來阻斷空氣并結(jié)合水分的蒸發(fā)降溫來達(dá)到滅火效果，但是由于現(xiàn)有滅火材料漿液中的固體含量較低，其中的固體顆粒物易沉漿聚集，這會(huì)影響注漿到位；②現(xiàn)有滅火材料漿液中的水分含量大，易產(chǎn)生大量水蒸氣，煤干餾產(chǎn)生的可燃性氣體會(huì)增加，這容易誘發(fā)更多的煤氧化，促進(jìn)自燃；③注漿后隨著滅火材料漿液中的水分蒸發(fā)，現(xiàn)有滅火材料漿液中的固體顆粒物難以形成連續(xù)密實(shí)的封堵層，容易形成漏風(fēng)通道，這會(huì)影響隔氧效果，甚至導(dǎo)致煤礦或煤矸石復(fù)燃。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了解決現(xiàn)有技術(shù)中的上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種煤礦或煤矸石山用防火滅火復(fù)合材料及其制備方法，不僅解決了現(xiàn)有滅火材料漿液的固體含量低、固體顆粒物易沉漿聚集，水分含量大、易產(chǎn)生大量水蒸氣從而誘發(fā)更多的煤氧化，以及水分蒸發(fā)后固體顆粒物難以形成連續(xù)密實(shí)的封堵層、易形成漏風(fēng)通道影響隔氧效果等技術(shù)問題，而且天然環(huán)保、高效節(jié)水，十分適用于煤礦及煤矸石山的環(huán)境治理、生態(tài)修復(fù)等工程。

本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：

一種煤礦或煤矸石山用防火滅火復(fù)合材料，按質(zhì)量百分比，由以下組分組成：

纖維長(zhǎng)度小于6mm的防火棉，1.0％～3.0％；

石灰，2.0％～6.0％；

黃土，3.0％～6.1％；

粉煤灰，3.0％～6.2％；

黃原膠，0.001％～0.04％；

瓜爾膠，0.001％～0.04％；

四硼酸鈉，0.001％～0.013％；

水，余量。

優(yōu)選地，所述的防火棉、石灰、黃土和粉煤灰的粒度均在200mm以下。

一種煤礦或煤矸石山用防火滅火復(fù)合材料的制備方法，包括以下步驟：

步驟A、按照權(quán)利要求1中所述的防火滅火復(fù)合材料的組分配比，分別稱取粒度為200mm以下且纖維長(zhǎng)度小于6mm的防火棉、粒度為200mm以下的石灰、粒度為200mm以下的黃土、粒度為200mm以下的粉煤灰、黃原膠、瓜爾膠、四硼酸鈉和水；

步驟B、向攪拌器內(nèi)加入所述的水，再加入所述的粒度為200mm以下且纖維長(zhǎng)度小于6mm的防火棉并攪拌，直至所述防火棉充分浸潤(rùn)；然后向攪拌器內(nèi)加入所述的粒度為200mm以下的石灰、粒度為200mm以下的黃土及粒度為200mm以下的粉煤灰，并攪拌10～15分鐘；

步驟C，向步驟B處理后的攪拌器內(nèi)加入所述的黃原膠、瓜爾膠和四硼酸鈉，并攪拌40～50分鐘，使攪拌器內(nèi)的混合漿料形成均勻且充分懸浮狀態(tài)，從而即制得所述的煤礦或煤矸石山用防火滅火復(fù)合材料。

優(yōu)選地，還包括：分別對(duì)纖維長(zhǎng)度小于6mm的防火棉、石灰、黃土或粉煤灰進(jìn)行粉碎和篩分，從而得到粒度為200mm以下且纖維長(zhǎng)度小于6mm的防火棉、粒度為200mm以下的石灰、粒度為200mm以下的黃土或粒度為200mm以下的粉煤灰。

由上述本發(fā)明提供的技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明所提供的煤礦或煤矸石山用防火滅火復(fù)合材料主要以隔水?dāng)嘌鯙槟繕?biāo)，以封堵煤礦或煤矸石的縫隙為手段，當(dāng)借助機(jī)械的力量將本發(fā)明的防火滅火復(fù)合材料注入到煤礦或煤矸石的內(nèi)部后，本發(fā)明的防火滅火復(fù)合材料能夠滲透充填到煤礦或煤矸石的孔洞和間隙中，并對(duì)煤礦及煤矸石山體的孔洞和間隙進(jìn)行全面封堵，從而降低了煤礦或煤矸石的縫隙中的空氣進(jìn)入量，控制了燃燒的氧氣供給，并且減少了雨水入滲量，消除了氧化增熱的誘發(fā)因素，因此本發(fā)明所提供的防火滅火復(fù)合材料能夠起到有火滅火、無火防火，防火滅火的作用。

具體實(shí)施方式

下面對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有付出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。

下面對(duì)本發(fā)明的煤礦或煤矸石山用防火滅火復(fù)合材料及其制備方法進(jìn)行詳細(xì)描述。

一種煤礦或煤矸石山用防火滅火復(fù)合材料，按質(zhì)量百分比，該防火滅火復(fù)合材料由纖維長(zhǎng)度小于6mm的防火棉1.0％～3.0％、石灰2.0％～6.0％、黃土3.0％～6.1％、粉煤灰3.0％～6.2％、黃原膠0.001％～0.04％、瓜爾膠0.001％～0.04％、四硼酸鈉0.001％～0.013％和余量的水組成。

其中，所述的防火棉、石灰、黃土和粉煤灰的粒度均在200mm以下。所述的石灰最好采用現(xiàn)有技術(shù)中的脫硫石灰；所述的黃土最好采用現(xiàn)有技術(shù)中的二類黃土；所述的水最好采用現(xiàn)有技術(shù)中的礦山再生水。

具體地，該防火滅火復(fù)合材料的制備方法可以包括以下步驟：

步驟A、按照纖維長(zhǎng)度小于6mm的防火棉為1.0％～3.0％、石灰為3.0％～6.0％、黃土為3.5％～6.1％、粉煤灰為3.1％～6.2％、黃原膠為0.01％～0.03％、瓜爾膠為0.01％～0.03％、四硼酸鈉為0.002％～0.013％、余量為水的質(zhì)量百分比，分別稱取粒度為200mm以下且纖維長(zhǎng)度小于6mm的防火棉、粒度為200mm以下的石灰、粒度為200mm以下的黃土、粒度為200mm以下的粉煤灰、黃原膠、瓜爾膠、四硼酸鈉和水。在實(shí)際應(yīng)用中，可以分別對(duì)纖維長(zhǎng)度小于6mm的防火棉、石灰、黃土或粉煤灰進(jìn)行粉碎和篩分，從而得到粒度為200mm以下且纖維長(zhǎng)度小于6mm的防火棉、粒度為200mm以下的石灰、粒度為200mm以下的黃土或粒度為200mm以下的粉煤灰。

步驟B、向攪拌器內(nèi)加入所述的水，再加入所述的粒度為200mm以下且纖維長(zhǎng)度小于6mm的防火棉并攪拌，直至所述防火棉充分浸潤(rùn)；然后向攪拌器內(nèi)加入所述的粒度為200mm以下的石灰、粒度為200mm以下的黃土及粒度為200mm以下的粉煤灰，并攪拌10～15分鐘。

步驟C，向步驟B處理后的攪拌器內(nèi)加入所述的黃原膠、瓜爾膠和四硼酸鈉，并攪拌40～50分鐘，使攪拌器內(nèi)的混合漿料形成均勻且充分懸浮狀態(tài)，從而即制得所述的煤礦或煤矸石山用防火滅火復(fù)合材料。

進(jìn)一步地，本發(fā)明所提供的煤礦或煤矸石山用防火滅火復(fù)合材料采用足量的防火棉、石灰、黃土和粉煤灰作為固體顆粒物，并添加具有懸浮增稠粘合作用的黃原膠和瓜爾膠以及具有交聯(lián)作用的四硼酸鈉，從而能夠克服現(xiàn)有滅火材料漿液中的固體含量較低，固體顆粒物易沉漿聚集，注漿不到位的問題；由于本發(fā)明所提供的防火滅火復(fù)合材料具有更好的密封、增強(qiáng)、粘合、吸水等作用，因此雨水很難滲入到煤礦或煤矸山內(nèi)部產(chǎn)生煤氧化作用，從而能夠克服現(xiàn)有技術(shù)中難以形成連續(xù)密實(shí)封堵層，容易產(chǎn)生漏風(fēng)通道導(dǎo)致煤礦或煤矸石復(fù)燃的問題。

為了更加清晰地展現(xiàn)出本發(fā)明所提供的技術(shù)方案及所產(chǎn)生的技術(shù)效果，下面以具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明實(shí)施例所提供的煤礦或煤矸石山用防火滅火復(fù)合材料及其制備方法進(jìn)行詳細(xì)描述。

實(shí)施例1

一種煤礦或煤矸石山用防火滅火復(fù)合材料，按質(zhì)量百分比，該防火滅火復(fù)合材料由纖維長(zhǎng)度小于6mm的防火棉1.19％、石灰2.98％、黃土為3.47％、粉煤灰為3.07％、黃原膠為0.00992％、瓜爾膠為0.00992％、四硼酸鈉為0.00298％和余量的水組成。

具體地，本發(fā)明實(shí)施例1所提供的防火滅火復(fù)合材料的制備方法包括以下步驟：

步驟a1、分別對(duì)纖維長(zhǎng)度小于6mm的防火棉、石灰、黃土或粉煤灰進(jìn)行粉碎和篩分，從而得到粒度為200mm以下且纖維長(zhǎng)度小于6mm的防火棉、粒度為200mm以下的石灰、粒度為200mm以下的黃土或粒度為200mm以下的粉煤灰。

步驟b1、按質(zhì)量份計(jì)，分別稱取120份粒度為200mm以下且纖維長(zhǎng)度小于6mm的防火棉、300份粒度為200mm以下的脫硫石灰、350份粒度為200mm以下的二類黃土、310份粒度為200mm以下的粉煤灰、1份黃原膠、1份瓜爾膠、0.3份四硼酸鈉和9000份水(相當(dāng)于按照質(zhì)量百分比計(jì)，纖維長(zhǎng)度小于6mm的防火棉約為1.19％、石灰約為2.98％、黃土約為3.47％、粉煤灰約為3.07％、黃原膠約為0.00992％、瓜爾膠約為0.00992％、四硼酸鈉約為0.00298％、余量為水)。

步驟c1、向攪拌器內(nèi)加入步驟b1稱取的9000份水，再加入步驟b1稱取的120份粒度為200mm以下且纖維長(zhǎng)度小于6mm的防火棉并攪拌，直至所述防火棉充分浸潤(rùn)；然后向攪拌器內(nèi)加入步驟b1稱取的300份粒度為200mm以下的脫硫石灰、350份粒度為200mm以下的二類黃土及310份粒度為200mm以下的粉煤灰，并攪拌10～15分鐘。

步驟d1，向步驟c1處理后的攪拌器內(nèi)加入步驟b1稱取的1份黃原膠、1份瓜爾膠和0.3份四硼酸鈉，并攪拌40～50分鐘，使攪拌器內(nèi)的混合漿料形成均勻且充分懸浮狀態(tài)，從而即制得本發(fā)明實(shí)施例1所述的煤礦或煤矸石山用防火滅火復(fù)合材料。

具體地，采用注漿技術(shù)將本發(fā)明實(shí)施例1制得的煤礦或煤矸石山用防火滅火復(fù)合材料注入到某煤矸石山中進(jìn)行降溫阻燃，并采用鉆孔測(cè)溫的方法對(duì)注漿前后該煤矸石山的溫度變化情況進(jìn)行檢測(cè)，從而得到如下表1所述的結(jié)果。

表1：

由表1可以看出：本發(fā)明實(shí)施例1制得的煤礦或煤矸石山用防火滅火復(fù)合材料對(duì)不同深度的煤矸石均起到了良好的降溫效果，降溫均在200℃以上，使不同深度的煤矸石的平均溫度在35℃左右；由此可見，本發(fā)明實(shí)施例1所制得的煤礦或煤矸石山用防火滅火復(fù)合材料能夠有效克服注漿不到位的問題，并且起到了非常好的降溫阻燃效果。

實(shí)施例2

一種煤礦或煤矸石山用防火滅火復(fù)合材料，按質(zhì)量百分比，該防火滅火復(fù)合材料由纖維長(zhǎng)度小于6mm的防火棉1.83％、石灰4.02％、黃土為4.39％、粉煤灰為4.27％、黃原膠為0.0183％、瓜爾膠為0.0244％、四硼酸鈉為0.00183％和余量的水組成。

具體地，本發(fā)明實(shí)施例2所提供的防火滅火復(fù)合材料的制備方法包括以下步驟：

步驟a2、分別對(duì)纖維長(zhǎng)度小于6mm的防火棉、石灰、黃土或粉煤灰進(jìn)行粉碎和篩分，從而得到粒度為200mm以下且纖維長(zhǎng)度小于6mm的防火棉、粒度為200mm以下的石灰、粒度為200mm以下的黃土或粒度為200mm以下的粉煤灰。

步驟b2、按質(zhì)量份計(jì)，分別稱取150份粒度為200mm以下且纖維長(zhǎng)度小于6mm的防火棉、330份粒度為200mm以下的脫硫石灰、360份粒度為200mm以下的二類黃土、350份粒度為200mm以下的粉煤灰、1.5份黃原膠、2份瓜爾膠、0.15份四硼酸鈉和7000份水(相當(dāng)于按照質(zhì)量百分比計(jì)，纖維長(zhǎng)度小于6mm的防火棉約為1.83％、石灰約為4.02％、黃土約為4.39％、粉煤灰約為4.27％、黃原膠約為0.0183％、瓜爾膠約為0.0244％、四硼酸鈉約為0.00183％、余量為水)。

步驟c2、向攪拌器內(nèi)加入步驟b2稱取的7000份水，再加入步驟b2稱取的150份粒度為200mm以下且纖維長(zhǎng)度小于6mm的防火棉并攪拌，直至所述防火棉充分浸潤(rùn)；然后向攪拌器內(nèi)加入步驟b2稱取的330份粒度為200mm以下的脫硫石灰、360份粒度為200mm以下的二類黃土及350份粒度為200mm以下的粉煤灰，并攪拌10～15分鐘。

步驟d2，向步驟c2處理后的攪拌器內(nèi)加入步驟b2稱取的1.5份黃原膠、2份瓜爾膠和0.15份四硼酸鈉，并攪拌40～50分鐘，使攪拌器內(nèi)的混合漿料形成均勻且充分懸浮狀態(tài)，從而即制得本發(fā)明實(shí)施例2所述的煤礦或煤矸石山用防火滅火復(fù)合材料。

具體地，采用注漿技術(shù)將本發(fā)明實(shí)施例2制得的煤礦或煤矸石山用防火滅火復(fù)合材料注入到某煤矸石山中進(jìn)行降溫阻燃，并采用鉆孔測(cè)溫的方法對(duì)注漿前后該煤矸石山的溫度變化情況進(jìn)行檢測(cè)，從而得到如下表2所述的結(jié)果。

表2：

由表2可以看出：本發(fā)明實(shí)施例2制得的煤礦或煤矸石山用防火滅火復(fù)合材料對(duì)不同深度的煤矸石均起到了良好的降溫效果，降溫均在230℃以上，使不同深度的煤矸石的平均溫度在38℃左右；由此可見，本發(fā)明實(shí)施例2所制得的煤礦或煤矸石山用防火滅火復(fù)合材料能夠有效克服注漿不到位的問題，并且起到了非常好的降溫阻燃效果。

實(shí)施例3

一種煤礦或煤矸石山用防火滅火復(fù)合材料，按質(zhì)量百分比，該防火滅火復(fù)合材料由纖維長(zhǎng)度小于6mm的防火棉2.86％、石灰5.57％、黃土為6.05％、粉煤灰為5.89％、黃原膠為0.0318％、瓜爾膠為0.0302％、四硼酸鈉為0.0127％和余量的水組成。

具體地，本發(fā)明實(shí)施例3所提供的防火滅火復(fù)合材料的制備方法包括以下步驟：

步驟a3、分別對(duì)纖維長(zhǎng)度小于6mm的防火棉、石灰、黃土或粉煤灰進(jìn)行粉碎和篩分，從而得到粒度為200mm以下且纖維長(zhǎng)度小于6mm的防火棉、粒度為200mm以下的石灰、粒度為200mm以下的黃土或粒度為200mm以下的粉煤灰。

步驟b3、按質(zhì)量份計(jì)，分別稱取180份粒度為200mm以下且纖維長(zhǎng)度小于6mm的防火棉、350份粒度為200mm以下的脫硫石灰、380份粒度為200mm以下的二類黃土、370份粒度為200mm以下的粉煤灰、2份黃原膠、1.9份瓜爾膠、0.8份四硼酸鈉和5000份水(相當(dāng)于按照質(zhì)量百分比計(jì)，纖維長(zhǎng)度小于6mm的防火棉約為2.86％、石灰約為5.57％、黃土約為6.05％、粉煤灰約為5.89％、黃原膠約為0.0318％、瓜爾膠約為0.0302％、四硼酸鈉約為0.0127％、余量為水)。

步驟c3、向攪拌器內(nèi)加入步驟b3稱取的5000份水，再加入步驟b3稱取的180份粒度為200mm以下且纖維長(zhǎng)度小于6mm的防火棉并攪拌，直至所述防火棉充分浸潤(rùn)；然后向攪拌器內(nèi)加入步驟b3稱取的350份粒度為200mm以下的脫硫石灰、380份粒度為200mm以下的二類黃土及370份粒度為200mm以下的粉煤灰，并攪拌10～15分鐘。

步驟d3，向步驟c3處理后的攪拌器內(nèi)加入步驟b3稱取的2份黃原膠、1.9份瓜爾膠和0.8份四硼酸鈉，并攪拌40～50分鐘，使攪拌器內(nèi)的混合漿料形成均勻且充分懸浮狀態(tài)，從而即制得本發(fā)明實(shí)施例3所述的煤礦或煤矸石山用防火滅火復(fù)合材料。

具體地，采用注漿技術(shù)將本發(fā)明實(shí)施例3制得的煤礦或煤矸石山用防火滅火復(fù)合材料注入到某煤矸石山中進(jìn)行降溫阻燃，并采用鉆孔測(cè)溫的方法對(duì)注漿前后該煤矸石山的溫度變化情況進(jìn)行檢測(cè)，從而得到如下表3所述的結(jié)果。

表3：

由表3可以看出：本發(fā)明實(shí)施例3制得的煤礦或煤矸石山用防火滅火復(fù)合材料對(duì)不同深度的煤矸石均起到了良好的降溫效果，降溫均在250℃以上，使不同深度的煤矸石的平均溫度在40℃左右；由此可見，本發(fā)明實(shí)施例3所制得的煤礦或煤矸石山用防火滅火復(fù)合材料能夠有效克服注漿不到位的問題，并且起到了非常好的降溫阻燃效果。

綜上可見，本發(fā)明實(shí)施例不僅解決了現(xiàn)有滅火材料漿液的固體含量低、固體顆粒物易沉漿聚集，水分含量大、易產(chǎn)生大量水蒸氣從而誘發(fā)更多的煤氧化，以及水分蒸發(fā)后固體顆粒物難以形成連續(xù)密實(shí)的封堵層、易形成漏風(fēng)通道影響隔氧效果等技術(shù)問題，而且天然環(huán)保、高效節(jié)水，十分適用于煤礦及煤矸石山的環(huán)境治理、生態(tài)修復(fù)等工程。

以上所述，僅為本發(fā)明較佳的具體實(shí)施方式，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)該以權(quán)利要求書的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。