浅谈防止煤炭自燃阻化剂

浅谈防止煤炭自燃阻化剂

据统计，我国国有重点煤矿中存在自然发火危险的矿井约占5l-3％，由于煤自燃引起的火灾约占矿井总火灾数的90％以上。煤自燃给煤炭资源造成了巨大的财产损失，同时对煤炭生产和储存安全造成了巨大的威胁，会在矿井中引发火灾和瓦斯爆炸、煤尘爆炸等事故，造成矿工人身伤亡。因此，预防煤自燃是煤炭安全生产所面临的一项艰巨任务，受到管理者的广泛重视。近年来国内外已广泛应用了一系列的防止煤炭自燃的阻化剂材料并取得了一些显著成果。本文将介绍近年来国内外煤自燃阻化的主要阻化剂材料及其阻化机理。

1、卤盐类阻化剂

卤盐类阻化剂主要是一类具有吸水性的含有卤素元素的无机盐，其中最常用的是CaC1、M gC1。和N aC1的水溶液，这些阻化剂可以在煤体表面形成水膜层从而阻断氧气与煤体接触，并可以使煤处于含水潮湿的状态。由于卤盐类阻化剂中含有水，所以在煤自燃过程中，水通过汽化时吸热可以给煤体降温，减小了煤的升温速率，从而在一定程度上抑制了煤的自燃。同时卤盐阻化剂处理的煤，减少了煤氧化反应中的官能团，并有助于阻止自由基反应，抑制氧化反应速度。卤盐类阻化剂价格比较低廉，但是其阻化时间具有一定的局限性，卤盐类阻化剂中的水分被蒸发完后，其阻化作用将明显降低。

2、泥浆阻化剂

泥浆阻化剂主要是水与泥土形成的悬浮液。泥浆阻化剂通过钻孔或专门的灌浆引管向采空区灌注，在泥浆脱水的过程中，降低了煤体温度，泥浆阻化剂失水后泥浆则沉积覆盖在煤表面上，使采空区的浮煤及煤柱龟裂部分布满泥浆，从而隔绝了空气，防止煤氧化。同时泥浆中的水蒸发使灌浆区的水分提高，有利于减缓煤的水分蒸发，直接或间接达到防止煤自燃的目的。由于泥浆阻化剂价格非常低廉，我国在煤矿广泛采用灌浆阻化煤炭自燃，但每年消耗大量的良田，造成土地资源的严重浪费，因此必须寻求新的阻化方法替代此种方法。

3、凝胶类阻化剂

凝胶类阻化剂主要由基体和固化剂组成，其阻化机理主要是基体和固化剂混合后凝固成凝胶，凝胶可封闭煤中孔隙，隔断漏风通道，使空气不能渗入到煤体中，从而阻止了煤的氧化反应，防止了煤的自燃。凝胶是高含水材料，利用凝胶阻化剂可以使采空区含水量显著升高，起到降温作用，从而预防煤自燃，所以凝胶阻化技术兼有降低煤温度和堵漏风两种作用，是一种优良的防止煤自燃技术。目前最常用的凝胶阻化剂为硅凝胶阻化剂，在该凝胶阻化剂中，硅和氧形成的共价键骨架，呈立体网状空间结构水填充在硅氧骨架之间，由于水与硅氧骨架之间具有较强的分子作用力，胶体很难流动。传统硅凝胶阻化剂基料为硅酸钠，促凝剂为碳酸氢铵，但该型凝胶阻化剂存在一些不足之处，例如在成凝胶过程中释放大量刺激强烈的氨气，并且凝胶失水后易开裂，封堵作用减弱。目前新型环保凝胶的研究受到越来越广泛的重视。

4、高聚物乳液阻化剂

高聚物乳液阻化剂主要由高聚物加表面活性剂及少量助剂组成，其主要阻化机理为，当高聚物乳液阻化剂喷洒到煤表面时，随着高聚物乳液中水分蒸发，高

聚物分子在煤粒表面固化，形成致密的固化层高聚物膜覆盖在煤表面上，阻止和延缓氧气与煤体的接触，从而起到隔氧阻化的作用，从而阻止了煤的自燃。高聚物乳液阻化剂中表面活性剂的作用主要是促使煤粒很快被阻化液湿润，使阻化液与煤体充分接触。高聚物乳液阻化剂也存在一定的缺陷，随着煤温的升高，高聚物也参与氧化反应，并且易热解，失去阻化作用，同时高聚物热解可能会释放出可燃气体，从而加剧了矿井发生火灾的危险性。例如聚丙烯酰胺在低温下可以形成稳定的固相膜层并具有隔氧阻化作用，但温度升高到100T左右时以后会发生氧化分解，不仅失去阻化作用，而且由于会释放出可燃气体，加速了煤的自燃。所以，此类化剂使用时必须提高其高温抗氧化性能。

5、惰性气体阻化

惰性气体如氮气、二氧化碳等充人矿井封闭区域内可稀释此矿井封闭区域内的氧浓度，从而降低空间内氧气含量，达到降低煤氧化速度，防止煤自燃的目的。此方法具有广泛的适用性，适用于任意粒径的煤，由于小粒径煤的比表面积较大，所以对小粒径煤的惰化阻化效果更好。但选择此种技术防止煤自燃时需要提高空间的密闭性，否则惰性气体易通过泄漏点流出，造成惰性气体浪费，并且降低惰性气体阻化效果。

6、泡沫阻化剂

泡沫阻化剂主要是通过向采空区注入泡沫，并让它们保存于冒落矸石缝隙之中形成堵漏带，阻止风流进入采空区，从而预防了煤自燃。泡沫阻化剂主要有化学和物理泡沫两种。化学泡沫大多使用尿醛泡沫以及快速凝固而成的聚胺酯泡沫。物理泡沫则多用稳定的低倍数泡沫或者在其中添加增塑剂通过机械搅拌形成的可塑性泡沫。泡沫阻化剂除含有主要的发泡剂外，还有多种添加剂如稳泡剂、增稠剂等，从而可以延长泡沫存在时间，可以提高泡沫的堆积能力和附着能力。由于泡沫最终要破碎，液膜难以持久存在于煤的表面，特别是在煤的顶部、侧面，所以如何进一步提高泡沫阻化剂泡沫的稳定性是泡沫阻化剂研究的一个重点要解决的问题。

7、复合阻化剂

复合阻化剂主要是将几种不同种类的阻化剂结合起来使用，从而克服单一阻化剂存在的缺陷。例如有学者将阻止自由基链反应的阻化剂与高聚物阻化剂复配制备了一种复合阻化剂，既能够覆盖煤表面，减少煤体与空气的接触，又能捕获煤氧化链反应中的自由基，实质性地提高了自燃阻化效果，这种复合阻化剂还具有高效无毒和阻化成本低的特点，使阻化煤能具有优良的抗氧化性，并且可以较长时期保持高的热值。刘朝文提出用高性能泡沫作为煤白燃阻化剂的载体，使阻化剂和目标煤体充分有效地接触，以充分发挥阻化性能。煤自燃防治技术是一项综合性技术，每一种阻化剂都有它的局限性，不同的阻化剂适用情况不同，解决的具体问题也有所差异。在研究煤的自燃阻化方法和阻化剂时，需考虑影响煤自燃的多种因素，并且与矿井开采过程实际情况相结合，选用经济、工艺简单且无毒高效的阻化剂，以便能够改变目前煤炭自燃火灾频发的形势。目前研究综合性能优异，并且环保、价格低廉、适用范围广的复合阻化剂将是阻化剂发展的趋势。