本發(fā)明屬于滅火材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種適用于煤矸石自燃的赤泥基滅火及防自燃材料。
背景技術(shù)：
煤矸石是煤礦開采和選煤過程中產(chǎn)生的固體廢棄物，是一種在成煤過程中與煤層伴生的一種含碳量低、比煤堅硬的黑灰色巖石。隨著國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展，對于煤炭需求日益增長，煤炭產(chǎn)量逐年增加。據(jù)統(tǒng)計，2013年我國煤炭產(chǎn)量約37億噸，煤矸石排放總量達(dá)到7.5億噸，2015年煤矸石累計堆存量高達(dá)45億噸，占地面積7500m2，構(gòu)成大小不一的煤矸石山數(shù)千座。這些數(shù)量巨大的煤矸石山，約有1/4的矸石山長期自燃。這是因?yàn)?，煤矸石中含有硫、碳、水成分，硫?yàn)榭勺匀嘉镔|(zhì)，碳為可燃物質(zhì)，二者構(gòu)成矸石山的自燃基礎(chǔ)，而氧氣和水分則是矸石自燃的必要條件。其中，硫以硫鐵礦、有機(jī)硫、硫酸鹽化合態(tài)等存在，硫鐵礦中的硫是在缺氧的條件下生成并存在于煤和煤系地層之中，呈晶體和結(jié)核狀態(tài)，經(jīng)采出堆放露天場地后，由于和空氣中的氧接觸，再加上微生物的作用便會發(fā)生氧化，氧化反應(yīng)過程伴隨大量的熱量放出，生成H2SO4 ，進(jìn)一步加速了硫化鐵的分解，日積月累，矸石山內(nèi)部的熱量不斷累積，溫度不斷升高，當(dāng)溫度達(dá)到煤的燃點(diǎn)（一般為360℃）時，便可將矸石中的煤點(diǎn)燃，從而使矸石山自燃，而煤矸石自燃時，每m2煤矸石24h放出SO26.5kg、CO10.8kg、H2S和NOX 0.6kg，同時還伴有大量煙塵，不僅污染大氣環(huán)境、抑制周圍農(nóng)作物生長，還嚴(yán)重?fù)p害人體健康。
而且由于煤矸石山屬人工再造，自然形成圓錐形狀，內(nèi)部空隙較大，容易形成煙囪效應(yīng)，同時矸石山底部的野風(fēng)流漩渦大幅增加了矸石山內(nèi)部的供氧量，促進(jìn)了煤矸石的快速燃燒，0提高了矸石山內(nèi)部的氧化升溫速度，釋放出的熱量逐漸在矸石山內(nèi)部聚積，燃燒溫度很高。在高溫環(huán)境下，矸石自燃產(chǎn)生的可燃?xì)怏w有可能在矸石山內(nèi)部發(fā)生爆炸，導(dǎo)致矸石山發(fā)生坍塌、噴爆或爆炸等事故，同時產(chǎn)生大量有毒有害氣體，將會造成人員傷亡及財產(chǎn)損失等重大問題。
因此，針對煤矸石自燃的現(xiàn)象，需要采取有效的自燃防治措施， 目前，主要包括火區(qū)溫度紅外成像探測技術(shù)、熱管深部移熱技術(shù)、噴灑阻化劑、深部注漿（注水）、挖除火源法以及表面覆蓋法。根據(jù)煤矸石自燃的特征，在選擇防治方法時，需要考慮這種方法是否能夠根除矸石內(nèi)部及表面的自燃點(diǎn)，首先通過勘探測溫手段確定矸石燃燒的深度和范圍，然后根據(jù)存在的燃燒去的范圍確定采取的滅火方法。一般第一燃燒區(qū)出現(xiàn)在矸石堆積體有裂隙和斜坡的地帶，溫度在40-170℃之間；第二燃燒區(qū)在堆積體表面下2-3m區(qū)域內(nèi)，溫度在300-700℃之間；第三燃燒區(qū)位于堆積體延伸7-10m的范圍內(nèi)，溫度在700-1200℃。對于僅存在第一燃燒區(qū)的小型的矸石堆積體，可以通過表面封閉法等處理；對于存在第二燃燒區(qū)的中型矸石堆積體，應(yīng)該采用淺孔注漿為主的方法處理；對于3個燃燒區(qū)并存的大型矸石堆積體，必須采取以深孔加壓注漿為主的方法治理。因此，注漿法是目前國內(nèi)外在治理煤矸石山自燃時最廣泛采用，也最為有效的滅火方法。煤矸石山自燃后一般采用打鉆注漿法或石灰乳注漿法。
打鉆注漿法是先將滅火材料制成一定濃度的滅火漿液，再在火區(qū)布置一系列鉆孔，然后用注漿泵將滅火漿液注入矸石山內(nèi)部。當(dāng)滅火漿液接觸到高溫矸石后， 漿液的水分急劇蒸發(fā)，同時帶走大量熱量，使矸石迅速降溫。此時，漿液中的固體物質(zhì)包裹在矸石表面，或充填在矸石間的縫隙中，起到隔絕空氣的作用。注漿法是通過降溫與隔氧兩方面的共同作用達(dá)到滅火目的。對已燃或易燃的煤矸石山，可以打鉆注漿，隔絕空氣流通，注漿材料一般采用電廠的粉煤灰，這樣既解決了粉煤灰堆放的困難和防止污染問題，又節(jié)省了大量的土和砂石等資源，更主要的是它是防治煤矸石山自燃行之有效的方法。但該方法的不足之處在于，工藝復(fù)雜、成本高、注入深度小，而且日后經(jīng)受風(fēng)吹雨淋后，流失嚴(yán)重。
石灰乳注漿法一般采取改良的方法，也即飽和石灰水配火堿滲透注漿法，用飽和Ca(OH)2-NaOH灰漿進(jìn)行滲透注漿，其方法為每噸Ca(OH)2飽和溶液配火堿2-5kg配入灰漿池后，攪拌均勻，用泥漿泵經(jīng)膠管噴灑火區(qū)。該漿體流動性大，注漿時無需鉆孔，直接從表面噴灑澆注，滲透深度可達(dá)5m以上。該方法滅火機(jī)理是以Ca(OH)2-NaOH混合堿液吸收、固定自燃煤矸石放出的SO2、CO、CO2、H2S等酸性氣體，使得黃鐵礦的氧化反應(yīng)得以中止，還可使混合堿液向燃燒層自由滲透，并且堿液在高溫下與矸石中某些成分發(fā)生反應(yīng)，形成膠凝狀產(chǎn)物。這些產(chǎn)物及石灰類物質(zhì)可包裹可燃物和充填矸石空隙，阻礙空氣流通，隔斷氧的通道，達(dá)到滅火目的。
但其不足在于，堿價格昂貴，成本高、固含量低、充填效果不好、穩(wěn)定性差、時效性短，日后經(jīng)受風(fēng)吹雨淋流失嚴(yán)重，存在復(fù)燃和再燃的隱患。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明目的在于提供一種滅火效果好、穩(wěn)定性好的適用于煤矸石自燃的赤泥基滅火及防自燃材料。
基于上述目的，本發(fā)明采取以下技術(shù)方案：
一種適用于煤矸石自燃的赤泥基滅火及防自燃材料，該材料為粉體與水混合制成的漿體，其水灰比0.5-0.7，所述粉體由以下重量百分比的原料組成：赤泥65-75％、熟石灰粉10-20％、廢石膏5-10％、復(fù)合激發(fā)劑7-14%。
所述的赤泥為燒結(jié)法或拜耳法生產(chǎn)氧化鋁中產(chǎn)生的工業(yè)廢渣；所述的廢石膏為廢渣磷石膏、廢渣氟石膏、廢渣鹽石膏、廢渣鈦石膏或廢渣蘇打石膏。
所述的復(fù)合激發(fā)劑由鈉水玻璃和減水劑混合而成，所述鈉水玻璃和減水劑的重量比為（10-20）∶（85-90）。
所述的鈉水玻璃的模數(shù)為1.2-1.8、波美度為45-55%；減水劑為聚羧酸、萘系或脂肪族類減水劑。
所述減水劑為MY-Ⅳ緩凝高性能減水劑或HSB脂肪族減水劑粉劑。
所述的廢渣磷石膏為用磷酸鹽礦石和硫酸制造磷酸產(chǎn)生的廢石膏，廢渣氟石膏為用氟化鈣和硫酸制取氫氟酸時生成的廢石膏，廢渣鹽石膏為用海水制取食鹽過程中產(chǎn)生的廢石膏，廢渣鈦石膏為用鈦鐵礦石制取二氧化鈦過程中和用廢硫酸進(jìn)行中和反應(yīng)所生成的廢石膏，廢渣蘇打石膏為蘇打工業(yè)和人造絲工業(yè)中用氯化鈣和硫酸鈉反應(yīng)生成的廢石膏。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果：
1）本發(fā)明以工業(yè)廢渣赤泥、廢石膏以及熟石灰粉為主要原料，上述原料均為超細(xì)粉體，直接加水?dāng)嚢璩蓾{體灌注，無需烘干粉磨等復(fù)雜工序，成本低廉、生產(chǎn)和使用簡單方便；
2）本發(fā)明的滅火材料為液態(tài)漿體，可以起到吸熱降溫的效果，同時赤泥作為主要組分，再加入廢石膏、熟石灰粉后，主要形成NaOH-Ca(OH)2-CaSO4混合堿液，可以吸收、固定自燃的煤矸石放出的SO2、CO、CO2、H2S等酸性氣體，使得黃鐵礦的氧化反應(yīng)得以中止，同時，產(chǎn)生大量膠凝狀化合物，與中和反應(yīng)的生成物共同形成隔離層，起到封閉作用，自燃將逐步熄滅。注漿均勻、不離析，而且漿體流動性大，直接澆注，無需鉆孔，灌注深度可達(dá)5米以上，澆注密實(shí)，并能夠凝結(jié)硬化，將澆注層內(nèi)的煤矸石形成致密的實(shí)體，凝結(jié)硬化后不怕風(fēng)吹雨淋，煤矸石山不易復(fù)燃、長期穩(wěn)定性好、滅火效果好，也可用于預(yù)防；
3）煤矸石和赤泥混合低燒后具有很高的火山灰活性，有利于煤矸石的資源化利用。
具體實(shí)施方式
實(shí)施例1
一種適用于煤矸石自燃的赤泥基滅火及防自燃材料，該材料為粉體與水直接混合制成的漿體，其水灰比0.5，所述粉體由以下重量百分比的原料組成：赤泥65％、熟石灰粉11％、廢石膏（廢渣磷石膏）10％、復(fù)合激發(fā)劑14%。
所述的復(fù)合激發(fā)劑由模數(shù)為1.2、波美度為45%的鈉水玻璃和減水劑混合而成，所述鈉水玻璃和減水劑的重量比為10∶90；減水劑為聚羧酸減水劑（MY-Ⅳ緩凝高性能減水劑，市售產(chǎn)品）。
實(shí)施例2
一種適用于煤矸石自燃的赤泥基滅火及防自燃材料，該材料為粉體與水直接混合制成的漿體，其水灰比0.7，所述粉體由以下重量百分比的原料組成：赤泥75％、熟石灰粉10％、廢石膏（廢渣氟石膏）5％、復(fù)合激發(fā)劑10%。
所述的復(fù)合激發(fā)劑由模數(shù)為1.8、波美度為50%的鈉水玻璃和減水劑混合而成，所述鈉水玻璃和減水劑的重量比為15∶85；減水劑為奈系減水劑。
實(shí)施例3
一種適用于煤矸石自燃的赤泥基滅火及防自燃材料，該材料為粉體與水直接混合制成的漿體，其水灰比0.6，所述粉體由以下重量百分比的原料組成：赤泥67％、熟石灰粉15％、廢石膏（廢渣鹽石膏）7％、復(fù)合激發(fā)劑11%。
所述的復(fù)合激發(fā)劑由模數(shù)為1.5、波美度為55%的鈉水玻璃和減水劑混合而成，所述鈉水玻璃和減水劑的重量比為20∶85；減水劑為奈系減水劑。
實(shí)施例4
一種適用于煤矸石自燃的赤泥基滅火及防自燃材料，該材料為粉體與水直接混合制成的漿體，其水灰比0.5，所述粉體由以下重量百分比的原料組成：赤泥70％、熟石灰粉18％、廢石膏（廢渣鈦石膏）5％、復(fù)合激發(fā)劑7%。
所述的復(fù)合激發(fā)劑由模數(shù)為1.2、波美度為55%的鈉水玻璃和減水劑混合而成，所述鈉水玻璃和減水劑的重量比為10∶90；減水劑為脂肪族類減水劑（HSB脂肪族減水劑粉劑，市售產(chǎn)品）。
實(shí)施例5
一種適用于煤矸石自燃的赤泥基滅火及防自燃材料，該材料為粉體與水直接混合制成的漿體，其水灰比0.7，所述粉體由以下重量百分比的原料組成：赤泥66％、熟石灰粉20％、廢石膏（廢渣蘇打石膏）6％、復(fù)合激發(fā)劑8%。
所述的復(fù)合激發(fā)劑由模數(shù)為1.2、波美度為45%的鈉水玻璃和減水劑混合而成，所述鈉水玻璃和減水劑的重量比為15∶85；減水劑為脂肪族類減水劑。
使用方法：可參照飽和石灰水配火堿滲透注漿法進(jìn)行滅火，當(dāng)矸石山自燃的為坡度大于30°的斜坡時，用本發(fā)明的滅火材料直接噴注，使燃放的矸石與滅火材料混合沖擊至坡底，自上而下剝離火層，此混合物逐漸形成凝固狀態(tài)，溫度降為常溫，火被熄滅，達(dá)到散熱降溫的目的，可節(jié)約用料和減少投資；對矸石山自燃的頂部和坡度為小于30°的緩坡時，則先用本發(fā)明的滅火材料剝開火層后，再人工挖槽，槽可寬1m、深0. 5-1. 5m，呈階梯狀，防止?jié){體流失，然后滲透注漿，做到滲透均勻，深度超過5m以上，矸石厚度超過20m時，要做到滲透在10m以上；對于強(qiáng)火區(qū)，可加大滲透量。滅火機(jī)理為赤泥作為主要組分，再加入廢石膏、熟石灰粉后，形成NaOH-Ca(OH)2-CaSO4混合堿液，可以吸收、固定自燃的煤矸石放出的SO2、CO、CO2、H2S等酸性氣體，使得黃鐵礦的氧化反應(yīng)得以中止，同時，產(chǎn)生大量膠凝狀化合物，與中和反應(yīng)的生成物共同形成隔離層，起到封閉作用，自燃將逐步熄滅。注漿均勻、不離析，而且漿體流動性大，直接澆注，無需鉆孔，灌注深度可達(dá)5米以上，澆注密實(shí)，并能夠凝結(jié)硬化，將澆注層內(nèi)的煤矸石形成致密的實(shí)體，凝結(jié)硬化后不怕風(fēng)吹雨淋，煤矸石山不易復(fù)燃、長期穩(wěn)定性好、滅火效果好，也可用于預(yù)防。