本發(fā)明涉及一種用于防滅火的高水速凝發(fā)泡材料及其制備方法，屬于煤礦防滅火。

背景技術(shù)：

1、在煤礦生產(chǎn)中，火災(zāi)是一種嚴(yán)重的安全難題，因此防滅火工作至關(guān)重要。傳統(tǒng)的防滅火方法包括灌漿防滅火，其操作簡(jiǎn)單、成本較低，是煤礦常用的手段之一。隨著技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了一些新的防滅火材料和技術(shù)。如水泥基滅火材料、高分子膠體、復(fù)合膠體材料等。

2、礦井防滅火材料應(yīng)該具備防火及滅火兩大特性，而現(xiàn)在常用的防滅火材料往往只具備其中的一項(xiàng)能力?，F(xiàn)有的水泥基材料雖然堵漏風(fēng)效果好、固結(jié)效果不錯(cuò)，即防火性能較好，但由于其惰化效果差、降溫效果一般，即滅火效果不佳；高分子材料具有較快的凝結(jié)時(shí)間、包裹效果好，即具有一定的滅火效果，但有機(jī)材料反應(yīng)會(huì)放出較多的熱量，加上其與巖壁材料不相似，降溫及固結(jié)效果欠缺，即防火效果不佳；復(fù)合膠體材料具有良好的粘結(jié)能力，即具有一定的防火的效能，但其降溫效果差、具有一定的包裹能力，即滅火效能一般。

3、綜上所述，如何提供一種用于防滅火的高水速凝發(fā)泡材料及其制備方法，使材料不僅具有防火與滅火雙重效能，而且具有凝結(jié)速度快、固結(jié)能力強(qiáng)、堵漏風(fēng)效果好、能夠縱向堆積、惰化目標(biāo)火區(qū)的優(yōu)點(diǎn)，是本行業(yè)的研究方向之一。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明提供一種用于防滅火的高水速凝發(fā)泡材料及其制備方法，該材料不僅具有防火與滅火雙重效能，而且具有凝結(jié)速度快、固結(jié)能力強(qiáng)、堵漏風(fēng)效果好、能夠縱向堆積、惰化目標(biāo)火區(qū)的優(yōu)點(diǎn)，保證對(duì)礦區(qū)的防滅火效果。

2、為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：一種用于防滅火的高水速凝發(fā)泡材料，包括a、b、c組分；

3、所述a組分由硫鋁酸鹽水泥、磷石膏、速凝劑a、緩凝劑和懸浮劑混合組成，質(zhì)量比為10：(2～4)：0.03：0.05：0.05；

4、所述b組分由硅酸鹽水泥、磷石膏、速凝劑b、緩凝劑和懸浮劑混合組成，質(zhì)量比為10：(1～3)：0.03：0.05：0.05；

5、所述c組分由發(fā)泡劑和穩(wěn)泡劑混合組成，質(zhì)量比為1：0.01；

6、將a、b組分分別與水按照水灰比(3～6)：1混合后，形成a、b組分混合液，再將各混合液按照質(zhì)量比1：(0.5～1)混合制成用于填充防火的高水速凝發(fā)泡材料；

7、將a、b、c組分各自分別與水按照水灰比(3～6)：1混合后，形成a、b、c組分混合液，再將各混合液按照質(zhì)量比1：(0.5～1)：(0.2～0.5)混合制成用于滅火的高水速凝發(fā)泡材料。

8、進(jìn)一步，所述速凝劑a為碳酸鋰和氯化鋰中的一種或兩種混合制成，速凝劑b為硫鋁酸鹽礦物，如無水硫鋁酸鈣、硫鋁酸鈣等，由其中的一種或幾種混合而成。

9、進(jìn)一步，所述緩凝劑為磷酸鹽，可以采用磷酸鹽中的一種或幾種組合，如磷酸二氫鈉等。

10、進(jìn)一步，所述懸浮劑為羥丙基甲基纖維素、甲基纖維素中的一種或兩種混合制成。

11、進(jìn)一步，所述磷石膏的ph值為1～3，且磷石膏顆粒的細(xì)度不低于800目。

12、進(jìn)一步，所述發(fā)泡劑為碳酸氫鈉。

13、進(jìn)一步，所述穩(wěn)泡劑為十二烷基苯磺酸鈉。

14、上述用于防滅火的高水速凝發(fā)泡材料的制備方法，具體步驟為：

15、(1)將工業(yè)廢料磷石膏進(jìn)行篩選，除掉較大塊的廢渣，通過水提取法的方式選取ph在1～3之間的磷石膏，將其烘干并研磨至800目以上，放置一旁備用；

16、(2)制備a組分：將硫鋁酸鹽水泥研磨至800目以上，根據(jù)凝結(jié)速度需求按照配比將硫鋁酸鹽水泥、磷石膏、速凝劑a、緩凝劑和懸浮劑加入至干混攪拌器中，轉(zhuǎn)速設(shè)定為1500r/min，攪拌時(shí)間5min，確?；旌暇鶆?，攪拌完成后放置一旁備用；

17、(3)制備b組分：將硅酸鹽水泥研磨至800目以上，根據(jù)凝結(jié)速度需求按照配比將硅酸鹽水泥、磷石膏、速凝劑b、緩凝劑和懸浮劑加入至干混攪拌器中，轉(zhuǎn)速設(shè)定為1500r/min，攪拌時(shí)間5min，確?；旌暇鶆?，攪拌完成后放置一旁備用；

18、(4)制備c組分：根據(jù)發(fā)泡倍數(shù)需求按照配比將發(fā)泡劑和穩(wěn)泡劑加入至干混攪拌器中，轉(zhuǎn)速設(shè)定為1000r/min，攪拌一定時(shí)間5min，混合均勻后放置一旁備用；

19、(5)根據(jù)膨脹倍數(shù)需求，按照適量水灰比將a、b、c組分分別攪拌混合，攪拌速率為1000r/min，攪拌時(shí)間3min，形成a、b、c組分混合液；

20、(6)將步驟(5)形成的a、b、c組分混合液，最后將a、b組分混合液混合攪拌一定時(shí)間后，形成用于填充防火的高水速凝發(fā)泡材料；或者a、b、c組分混合液相互混合后攪拌一定時(shí)間，形成用于滅火的高水速凝發(fā)泡材料。

21、本發(fā)明采用多種材料相互配合及作用形成高水速凝發(fā)泡材料，在本發(fā)明中速凝劑a可提高硅酸鹽水泥的早期凝結(jié)時(shí)間以及強(qiáng)度，速凝劑b可提高硫鋁酸鹽水泥的早期凝結(jié)時(shí)間以及強(qiáng)度，懸浮劑提高主料在水中的懸浮程度，緩凝劑可降低在反應(yīng)前期攪拌時(shí)的水泥水化；磷石膏中的硫酸鈣可改善水泥性能、促進(jìn)熟料礦物的水化、提高早期強(qiáng)度等，其中的磷酸根可與碳酸氫鈉可產(chǎn)生二氧化碳，對(duì)材料起到膨脹的作用，可膨脹產(chǎn)生內(nèi)驅(qū)力充滿整個(gè)空間，微小的顆粒形成了致密的無機(jī)材料水化產(chǎn)物骨架，從而產(chǎn)生了較好的覆蓋效果以及強(qiáng)勁的固結(jié)能力，同時(shí)二氧化碳的產(chǎn)生還能降低環(huán)境中的氧含量，起到滅火的目的，在以上材料的共同作用下，本發(fā)明制成的材料具有了堵漏風(fēng)效果好、固結(jié)能力強(qiáng)、包裹覆蓋緊實(shí)、隔熱降溫顯著、速凝且惰化目標(biāo)火區(qū)的優(yōu)點(diǎn)，詳細(xì)說明如下：

22、(1)本發(fā)明具有優(yōu)異的防火性能。本材料的主料為水泥，屬無機(jī)材料，合理的配比能使其反應(yīng)過程發(fā)熱量小，又由于其與巖壁具有很好的相似相容性，因此本材料具有很好的堵漏風(fēng)效果、較強(qiáng)的固結(jié)能力，還具有一定的強(qiáng)度以及持久性，使其能將危險(xiǎn)區(qū)域徹底隔離開。

23、(2)本發(fā)明具有優(yōu)良的滅火效能。本發(fā)明最高能膨脹12倍、且材料細(xì)度為800目以上，將材料注入裂隙后，材料反應(yīng)膨脹產(chǎn)生內(nèi)驅(qū)力，使材料浸染巖壁，微小的顆粒形成了致密的無機(jī)材料水化產(chǎn)物骨架，從而產(chǎn)生了較好的覆蓋效果、強(qiáng)勁的固結(jié)能力并實(shí)現(xiàn)泡沫的穩(wěn)定；水灰比最高可達(dá)6：1，使材料反應(yīng)前期能夠提供足夠的冷量交換，吸收較多的熱量；材料整體呈灰色，便具有了阻擋一定熱輻射的能力，而水泥基類材料凝固后本身就具有隔絕熱傳導(dǎo)的能力，這些能力使本發(fā)明產(chǎn)生了優(yōu)越的隔熱降溫、切斷火區(qū)持續(xù)供養(yǎng)的效果，達(dá)到前期快速滅火的目的。

24、(3)本發(fā)明能夠持續(xù)的產(chǎn)生防滅火效果。徹底地滅火是需要一定時(shí)間才能實(shí)現(xiàn)的，是一個(gè)動(dòng)態(tài)且需要系統(tǒng)處理的過程，前期的快速滅火、優(yōu)良的堵漏風(fēng)效果以及強(qiáng)勁的固結(jié)能力是為了后期徹底滅火奠定基礎(chǔ)，本發(fā)明反應(yīng)過程中產(chǎn)生的二氧化碳?xì)怏w不僅能夠膨脹材料，還能滲入滅火區(qū)域，持續(xù)地降低滅火區(qū)域的氧含量，同時(shí)能夠維持泡沫的穩(wěn)定性，達(dá)到穩(wěn)泡不塌泡的目的，從而具有了優(yōu)異的惰化性能，以達(dá)到持續(xù)滅火、滅火不復(fù)燃的目的。

25、(4)本發(fā)明提高了廢料磷石膏的利用率，降低其對(duì)環(huán)境的損害。磷石膏的使用可實(shí)現(xiàn)一舉多得的效果，其中的硫酸鈣可促進(jìn)水泥的水化過程，改善水泥的性能，促進(jìn)熟料礦物的水化、提高早期強(qiáng)度；磷酸根可與碳酸氫鈉反應(yīng)產(chǎn)生二氧化碳，氣體的產(chǎn)生能夠使材料膨脹，后期還能降低環(huán)境中的氧含量，達(dá)到徹底滅火的目的。

26、(5)本材料既能用于滅火也能用于充填。在不添加組分c時(shí)，使用a、b組分在水灰比為3：1時(shí)，1min內(nèi)即可失去流動(dòng)性，終凝強(qiáng)度可達(dá)43mpa，此時(shí)可用于充填，材料最高能在6：1的水灰比下，5min左右仍可凝固，且具有一定強(qiáng)度，反應(yīng)產(chǎn)熱均很低；加入組分c后，產(chǎn)生的二氧化碳?xì)怏w可使材料膨脹至12倍，可快速膨脹滿整個(gè)空間隔絕氧氣，大幅降低滅火成本。當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)的滅火區(qū)域比較破碎，小裂縫較多，漏風(fēng)嚴(yán)重，需要使破碎體之間產(chǎn)生固結(jié)效果，有助于將滅火區(qū)域形成一個(gè)整體，杜絕后續(xù)的漏風(fēng)等情況，此時(shí)使用a、b組分，材料前期的高流動(dòng)性可使?jié){液流至每個(gè)區(qū)域，使整個(gè)區(qū)域密閉且具有一定強(qiáng)度，徹底杜絕漏風(fēng)而導(dǎo)致的火災(zāi)；當(dāng)整個(gè)區(qū)域主要是一些較大的裂縫，整體性較好，則可同時(shí)使用a、b、c三組份，較強(qiáng)的浸染能力使材料能夠徹底隔絕火區(qū)，且具有膨脹不塌泡的效果，達(dá)到完全密閉的效果，從而有很好的持續(xù)滅火效能，同時(shí)能夠大幅降低滅火成本。

27、(6)本材料充分利用了硫鋁酸鹽水泥以及硅酸鹽水泥的特性。硫鋁酸鹽水泥具有早期強(qiáng)度高、凝結(jié)時(shí)間較快、耐腐蝕性能好等特性，硅酸鹽水泥具有后期強(qiáng)度高、耐久性好等特性，本材料充分利用了兩種水泥材料特性，形成了早期失流時(shí)間快后期膨脹不塌泡的特點(diǎn)，使得材料膨脹后能夠完全貼合浸染壁面，充分隔絕氧氣，最終達(dá)到有效滅火的目的。