一種防治采空區瓦斯涌出的水成膜膠體泡沫及其制備方法
【技術領域】
[0001] 本發明屬于煤礦瓦斯治理技術領域，尤其是涉及一種防治采空區瓦斯涌出的水成 膜膠體泡沫及其制備方法。
【背景技術】
[0002] 礦井瓦斯是煤礦開采中的主要自然災害之一。近年來，隨著礦井集中化生產技術 的發展，一礦一面、一礦兩面得到普遍推廣應用，礦井生產效率大幅度提高。然而由于機械 化程度和開采強度加大，直接導致工作面絕對瓦斯涌出量顯著增大，采空區瓦斯涌出加劇， 工作面上隅角瓦斯頻繁超限，使安全生產得不到保障，治理難度增強，同時也限制了礦井產 量的提高。為了防治上隅角瓦斯涌出，國內外常用的技術主要有設置風障、增設抽排風機、 上隅角埋管、高位鉆孔以及增加風量等。這些技術對保障瓦斯礦井或工作面產量不大的礦 井安全生產是有效的，但隨著礦井向深部區域延伸，煤層瓦斯含量逐漸增大，原先的瓦斯礦 井轉變為高瓦斯礦井或突出礦井，此時靠上述方法就不能有效地解決上隅角瓦斯超限的問 題，如風障法引入的風量較小，僅適用于上隅角瓦斯涌出濃度不超過3%的工作面；增設抽 排風機需配置相關專門設備、增加成本，且占據巷道有限空間，影響作業環境和條件；上隅 角埋管瓦斯抽采率較低，抽出的濃度通常不足10% ;高位鉆孔雖然抽出瓦斯濃度較高，但受 鉆機鉆進能力的限制，鉆場間距不大，抽采管路回撤頻繁，鉆場有效抽采時間短，鉆孔施工 質量難以保證；增加工作面風量的同時也會引起采空區漏風加重，易導致采空區煤炭自燃。 因此，防治采空區瓦斯涌出是一項亟待解決的煤礦安全生產難題。

【發明內容】

[0003] 針對上述技術問題，為了防治采空區瓦斯涌出，本發明的目的在于提供一種防治 采空區瓦斯涌出的水成膜膠體泡沫，具有成膜功能，能夠包裹采空區遺煤、封堵煤巖裂隙， 從而抑制采空區瓦斯涌出，杜絕瓦斯涌出造成上隅角甚至回風巷瓦斯超限現象，且無有毒 有害副產物產生，具有良好的應用前景。本發明還提供了上述防治采空區瓦斯涌出的水成 膜膠體泡沫的制備方法，該制備方法工藝簡單，生產成本低廉。
[0004] 本發明采用的技術方案是：
[0005] 一種防治采空區瓦斯涌出的水成膜膠體泡沫，由以下原料制成：黃原膠，瓜爾豆 膠，碳酸氫鈉，酒石酸和水。
[0006] 本發明所述的防治采空區瓦斯涌出的水成膜膠體泡沫，其中，所述原料的質量比 為：
[0007] 黃原膠：瓜爾豆膠：碳酸氫鈉：酒石酸：水為（3~5) : (3~5) : (80~120) : (75~ 100) ：1000〇
[0008] 本發明所述的防治采空區瓦斯涌出的水成膜膠體泡沫，其中，所述黃原膠與所述 瓜爾豆膠質量比為1:1。
[0009] 本發明所述的防治采空區瓦斯涌出的水成膜膠體泡沫，其中，所述原料的質量比 為：黃原膠：瓜爾豆膠：碳酸氫鈉：酒石酸：水為3 :3 :80 :75 :1000。
[0010] -種防治采空區瓦斯涌出的水成膜膠體泡沫的制備方法，包括以下步驟：
[0011] (1)按配比準備原料，在水中加入黃原膠和瓜爾豆膠，攪拌均勻，使其完全溶解，制 得稠化溶液；
[0012] (2)在步驟（1)中所述的稠化溶液中依次加入碳酸氫鈉和酒石酸，攪拌10~ 15min，發泡形成水成膜膠體泡沫。
[0013] 本發明有益效果：
[0014] 本發明所述的防治采空區瓦斯涌出的水成膜膠體泡沫，具有成膜功能，能夠包裹 采空區遺煤、封堵煤巖裂隙，從而抑制采空區瓦斯涌出，杜絕瓦斯涌出造成上隅角甚至回風 巷瓦斯超限現象，且無有毒有害副產物產生，具有良好的應用前景。
[0015] 本發明所述的防治采空區瓦斯涌出的水成膜膠體泡沫的制備方法，通過在水中加 入黃原膠、瓜爾豆膠、碳酸氫鈉和酒石酸，碳酸氫鈉、酒石酸在水中發生化學發生產生二氧 化碳來使稠化溶液充分發泡，避免常規注氣發泡存在氣體有效利用率低的問題。稠化溶液 通過發泡后形成大量均勻細膩的水成膜膠體泡沫，體積大幅度增加。本發明的制備方法具 有工藝簡單、成本低廉的優點。
【具體實施方式】
[0016] 實施例1
[0017] -種防治采空區瓦斯涌出的水成膜膠體泡沫，由以下質量的原料制成：1000kg 水，3kg黃原膠，3kg瓜爾豆膠，80kg碳酸氫鈉和75kg酒石酸。
[0018] 本實施例防治采空區瓦斯涌出的水成膜膠體泡沫的制備方法，包括以下步驟：
[0019] (1)按配比準備原料，在水中加入黃原膠和瓜爾豆膠，攪拌均勾，使其完全溶解，制 得稠化溶液；
[0020] ⑵在步驟⑴中所述的稠化溶液中依次加入碳酸氫鈉和酒石酸，攪拌lOmin，發 泡形成水成膜膠體泡沫。
[0021] 應用實施例1
[0022] 貴州五輪山煤業有限公司為煤與瓦斯突出礦井，屬于近距離煤層群開采，工作面 日產量為looot，由于原始煤層瓦斯含量大，平均值為24m 3/t，且首采煤層為保護煤層，工作 面開采期間上隅角瓦斯濃度較高，頻繁超限。常規方法很難有效地解決上隅角瓦斯超限問 題。采用隨采隨注水成膜膠體泡沫的方法，液相為井下水。利用礦井現有的注漿管路系統 將本實施例生產的水成膜膠體泡沫注入到1803綜采工作面，每次連續注射8h，此后隨著工 作面的推進每3天注射一次。該工作面于2014年10月12日開始注射，每次注射完水成膜 膠體泡沫后，連續記錄上隅角瓦斯濃度的變化，與注射水成膜膠體泡沫前的上隅角瓦斯濃 度進行對比，注射前后上隅角瓦斯濃度變化趨勢如表1所示。由表1可以看出，采用水成膜 膠體泡沫后上隅角瓦斯濃度顯著下降，能有效抑制采空區瓦斯涌出，保障工作面安全生產。
[0023] 表1 1803綜采工作面注水成膜膠體泡沫前后上隅角瓦斯濃度變化情況
[0024]
[0026] 實施例2
[0027] -種防治采空區瓦斯涌出的水成膜膠體泡沫，由以下質量的原料制成：1000kg 水，5kg黃原膠，5kg瓜爾豆膠，120kg碳酸氫鈉和IOOkg酒石酸。
[0028] 本實施例防治采空區瓦斯涌出的水成膜膠體泡沫的制備方法，包括以下步驟：
[0029] (1)按配比準備原料，在水中加入黃原膠和瓜爾豆膠，攪拌均勾，使其完全溶解，制 得稠化溶液；
[0030] (2)在步驟⑴中所述的稠化溶液中依次加入碳酸氫鈉和酒石酸，攪拌15min，發 泡形成水成膜膠體泡沫。
[0031] 應用實施例2
[0032] 保德煤礦為現代化高產高效大型礦井，為神東煤炭集團下屬唯一高瓦斯礦井，工 作面日產量12000t，由于開采強度大，且隨著礦井向深部區域開拓，煤層瓦斯含量逐漸增 大，造成上隅角瓦斯時常超限，影響工作面正常生產。為解決工作面上隅角瓦斯超限問題， 保德煤礦采用增大風量、導風筒、高位鉆孔等一系列方法，結果發現效果仍然較差，且增加 工作量，影響正常生產。采用隨采隨注水成膜膠體泡沫的方法，井下水為液相。利用礦井現 有的注漿管路系統將本實施例生成的水成膜膠體泡沫注入到81503綜放工作面采空區。該 工作面于2014年4月6日開始注水成膜膠體泡沫，每次連續注射8h ;此后隨著工作面的推 進每3天注射一次。每次注射完水成膜膠體泡沫后，記錄上隅角瓦斯濃度的變化，與未注射 水成膜膠體泡沫前記錄的上隅角瓦斯濃度進行對比，注射前后上隅角瓦斯濃度變化情況如 表2所示。由表2可以看出，采用水成膜膠體泡沫后，上隅角瓦斯發生顯著的下降，為礦井 尚廣尚效提供了保障。
[0033] 表2 81503綜放工作面注水成膜膠體泡沫前后上隅角瓦斯濃度變化情況
[0035] 本實施例1和實施例2所述的防治采空區瓦斯涌出的水成膜膠體泡沫，在使用時， 該水成膜膠體泡沫經過煤礦注漿管路輸送到采空區后，在采空區內大面積堆積，對低、中、 高位遺煤均能覆蓋和封堵。當在煤體表面形成一層致密的水成膜膠體泡沫后停止灌注，此 時水成膜膠體泡沫靜止地覆蓋在煤體表面，待泡沫在煤巖體表面靜置20~30min，泡沫液 膜中的黃原膠和瓜爾豆膠發生協同增效反應，在泡沫表面形成一層柔軟致密的膜狀覆蓋 物，該覆蓋物厚度為〇. 13-0. 35mm，抗破壞強度為2500-5200Pa，能非常致密地覆蓋在煤體 表面，煤體內的游離瓦斯被膜狀覆蓋物隔絕，不能向外逸散。因此，水成膜膠體泡沫能夠持 續永久的抑制煤體內瓦斯向外涌出。此外，由于黃原膠具有良好的剪切稀化特性，因此混合 溶液在機械發泡和運輸過程中不會立刻出現協同增效反應。當水成膜膠體泡沫經管路輸送 到采空區，覆蓋在煤體表面后，剪切作用消失，此時泡沫液膜中的黃原膠和瓜爾豆膠發生協 同增效作用，體系粘度增大導致延遲反應的功效，從而形成致密的薄膜，可以覆蓋在煤體表 面阻隔煤體內甲烷氣體的釋放。
[0036] 以上所述的實施例僅僅是對本發明的優選實施方式進行描述，并非對本發明的范 圍進行限定，在不脫離本發明設計精神的前提下，本領域普通技術人員對本發明的技術方 案作出的各種變形和改進，均應落入本發明權利要求書確定的保護范圍內。
【主權項】
1. 一種防治采空區瓦斯涌出的水成膜膠體泡沫，其特征在于，由以下原料制成：黃原 膠，瓜爾豆膠，碳酸氫鈉，酒石酸和水。2. 根據權利要求1所述的防治采空區瓦斯涌出的水成膜膠體泡沫，其特征在于，所述 原料的質量比為： 黃原膠：瓜爾豆膠：碳酸氫鈉：酒石酸：水為（3~5) : (3~5) : (80~120) : (75~ 100) ：1000〇3. 根據權利要求2所述的防治采空區瓦斯涌出的水成膜膠體泡沫，其特征在于，所述 黃原膠與所述瓜爾豆膠質量比為1:1。4. 根據權利要求3所述的防治采空區瓦斯涌出的水成膜膠體泡沫，其特征在于，所述 原料的質量比為： 黃原膠：瓜爾豆膠：碳酸氫鈉：酒石酸：水為3 :3 :80 :75 :1000。5. 權利要求1-4任意一項所述的防治采空區瓦斯涌出的水成膜膠體泡沫制備方法，其 特征在于，包括以下步驟： (1) 按配比準備原料，在水中加入黃原膠和瓜爾豆膠，攪拌均勻，使其完全溶解，制得稠 化溶液； (2) 在步驟⑴中所述的稠化溶液中依次加入碳酸氫鈉和酒石酸，攪拌10~15min，發 泡形成水成膜膠體泡沫。
【專利摘要】本發明提供了一種防治采空區瓦斯涌出的水成膜膠體泡沫，由以下原料制成：黃原膠，瓜爾豆膠，碳酸氫鈉，酒石酸和水。本發明所述的水成膜膠體泡沫，能夠包裹采空區遺煤、封堵煤巖裂隙，從而抑制采空區瓦斯涌出，杜絕瓦斯涌出造成上隅角甚至回風巷瓦斯超限現象，且無有毒有害副產物產生，具有良好的應用前景。本發明還提供了上述防治采空區瓦斯涌出的水成膜膠體泡沫的制備方法，包括以下步驟：(1)按配比準備原料，在水中加入黃原膠和瓜爾豆膠，攪拌均勻，使其完全溶解，制得稠化溶液；(2)在步驟(1)中所述的稠化溶液中依次加入碳酸氫鈉和酒石酸，攪拌10～15min，發泡形成水成膜膠體泡沫。該方法具有工藝簡單、成本低廉的優點。
【IPC分類】C08L5/00, E21B33/13, C08J9/08
【公開號】CN104945684
【申請號】CN201510308888
【發明人】張雷林, 石必明, 伍清, 穆朝民
【申請人】安徽理工大學
【公開日】2015年9月30日
【申請日】2015年6月5日