本发明涉及煤矿防灭火技术领域，具体涉及一种用于煤层火灾的胶囊防灭火材料及其制备方法。
背景技术：
煤矿火灾是影响煤矿安全生产的重要灾害之一，常用的灭火方式有灌浆黄泥灭火系统、灌浆注胶灭火系统、惰性气体灭火、泡沫灭火、粉状惰化阻化剂防灭火等，它们都存在着各自的缺点。灌浆是以量取胜，但会存在一些地方难以被覆盖，同时限制条件的原因，有些地方无法使用；灌浆时大量的水注入井下，污染环境，极大地增大了矿井排水、排污工作量和资源消耗，增加了后期恢复工作面生产的成本。采用惰气(n2、co2等)防灭火时，灭火时使用较多，防火较少使用。且两种气体各自适用条件不同的工作面(如仰斜开采或者俯斜开采，同时灭火区域漏风量较小)，同时需要配套的竖管或者其它检测系统与之相配套。初期投入较大，在灌注时还要时刻避免大量惰气泄露进入工作面降低工作面的氧浓度导致事故发生。同时，惰性气体对大热容的煤体降温效果不好，灭火周期较长，火区易复燃；而且对现场的堵漏风工作要求较高。对采空区注惰泡能起到降温，减少漏风，降低采空区氧浓度等作用。但惰泡在碎煤中压注，发泡性能很差，起泡倍数低，若仅起阻化剂作用，则成本太高，且有效率太低。对已形成高温的浮煤，仅依靠惰泡隔氧灭火，需注泡量很大，灭火周期也很长，且一旦停止注泡很易复燃。阻化剂(cacl2、mgcl2、nacl2等)难以进入有问题区域，材料本身吸水量很小，经不起采空区高温蒸发，实际效果有限，且对矿井水的污染严重。粉状惰化阻化剂技术防灭火效果较好，但粉状材料潮解不易保存(如室温下，磷酸氢二铵在潮湿空气中释放出氨气)，在煤体内不容易分散均匀，因此难以充分发挥其防灭火性能，如用其水溶液注入煤体则易流失。目前由基料水玻璃和促凝剂(碳酸氢铵，偏铝酸钠等)与水混合成凝胶防灭火使用，但碳酸氢铵在成胶时会析出大量的氨气，造成作业环境恶劣并影响下风流工作人员作业和身体健康。同时，这种凝胶在操作中不慎接触极易损伤工人眼睛及皮肤；以偏铝酸钠配胶，操作要求较高，不易溶于水，搅拌强度大，有一定腐蚀性，对人体健康也有一定损害。以上两种凝胶成交过程的工艺需要两套设备同时工作(吉辽河促凝剂需各自分别配比)，操作掌握不方便，用人多。
技术实现要素：
为解决上述问题，本发明提供了一种用于煤层火灾的胶囊防灭火材料及其制备方法，所制备的材料具有无毒、无污染、储存方便、能够较为均匀覆盖火区、灭火周期短、效果好、具有堵漏、隔氧、降温与阻化作用、使用方便、操作便捷等优点，广泛适用于井下煤层火灾防治。
为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：
一种用于煤层火灾的胶囊防灭火材料，包括芯材和包覆在芯材外侧的包覆层，所述芯材为粉末阻化剂，所述粉末阻化剂为碳酸铵、磷酸二氢铵、氯化铵、磷酸氢二铵、氯化钙的混合粉末阻化剂；所述包覆层为有机聚合物，所述有机聚合物为三聚氰胺甲醛树脂，通过水浴干燥法包覆在芯材外层，所述碳酸氢铵、磷酸二氢铵、氯化铵、磷酸氢二铵、氯化钙、三聚氰胺甲醛树脂的质量分数比为24-27∶10-11∶18-20∶9-10∶6-7∶25-33∶0.5。
其中，所述碳酸氢铵、磷酸二氢铵、氯化铵、磷酸氢二铵、氯化钙均为固体粉末。
其中，所述三聚氰胺甲醛树脂为由醇改性后溶于有机溶剂的三聚氰胺甲醛树脂粉末。
其中，所述醇为分散剂，采用叔丁醇、辛醇、壬醇、癸醇的任意一种。
其中，所述有机溶剂为乙醚。
上述一种用于煤层火灾的胶囊防灭火材料的制备方法，包括如下步骤：
s1、按照以下比例分别称取各组分的重量：
碳酸氢铵、磷酸二氢铵、氯化铵、磷酸氢二铵、氯化钙、三聚氰胺甲醛树脂、分散剂、乙醚、含有2％明胶的保护性溶液的质量份数比为24-27∶10-11∶18-20∶9-10∶6-7∶25-33∶0.5-2∶220-300∶1100-1500；
s2、将碳酸氢铵、磷酸二氢铵、氯化铵、磷酸氢二铵、氯化钙、三聚氰胺甲醛树脂分别研磨，使其粒径均小于50μm，并将碳酸氢铵、磷酸二氢铵、氯化铵、磷酸氢二铵、氯化钙放在容器中进行充分均匀混合制成混合粉末；
s3、将三聚氰胺甲醛树脂放在乙醚中，搅拌加速溶解至完全溶解，并将上述混合粉末和分散剂加入溶液中，以一定的搅拌速度使粉末均匀分散在乙醚溶液中；
s4、将上述溶液在搅拌的条件下缓慢滴加到含有2％明胶的保护性溶液中，在25℃、减压条件下搅拌2h，经过过滤、干燥即得用于煤层火灾的胶囊防灭火材料；
s5、将用于煤层火灾的胶囊防灭火材料放入压注装置中，与水混合形成浆液注入到煤体预定位置。
本发明具有以下有效效果：
以碳酸氢铵、磷酸二氢铵、氯化铵、磷酸氢二铵、氯化钙的混合粉末为芯材，以三聚氰胺甲醛树脂为包覆层，热稳定性良好和吸水性低，储存方便，在常温下不会发生芯材的泄露，在注入火区的过程中也不会产有害气体；只有高于一定温度时，碳酸氢铵开始分解生成氨气、水、二氧化碳，内部压力增大致使包覆层膨胀破裂，芯材得到释放，快速阻止煤低温氧化和煤自燃。本产品与水按照一定的比例混合形成具有一定粘度的浆液，通过压注装置注入火区，可以较为均匀的覆盖在煤表面，解决了粉末惰性阻化剂难以均匀注入火区的问题。因此，本发明在井下煤层火灾防治应用方面具有很大的使用前景。
本发明的用于煤层火灾的胶囊防灭火材料芯材为碳酸氢铵、磷酸二氢铵、氯化铵、磷酸氢二铵、氯化钙的混合粉末阻化剂。在铵盐阻化剂的基础上，增加氯盐阻化剂，加强了对煤低温氧化过程的后期阻化效果。碳酸氢铵、磷酸二氢铵、氯化铵、磷酸氢二铵可以在不同的温度阶段发生分解反应生成氨气、二氧化碳和水，其分解反应均为吸热反应，可以吸收煤低温氧化释放的一部分热量；由氯化铵、磷酸氢二铵、氯化钙在潮湿空气中吸取的水分和反应生成的水在蒸发时需吸收一部分的热量，这样就降低煤炭温度，缓慢氧化反应，在一定程度上抑制了煤自燃。游离的氨与oh基发生反应生成稳定大分子，而氯化钙在覆盖在煤的表面，会加入到煤的自由基链式反应过程中，生成稳定的链环，这样就抑制了或者减缓了煤表面火星自由基团与氧气的反应速率，阻止了煤低温氧化反应的继续。生成的氨气和二氧化碳是惰性气体，可以将煤炭分解出来的可燃气体的浓度稀释到燃烧下限，同时稀释反应区中氧气浓度，减小煤的氧化反应速率，起到阻化作用。粉末阻化剂与其反应后生成的固体覆盖到煤表面隔绝了煤氧接触，从而阻止了煤的氧化反应。本产品的芯材可以在煤低温氧化过程的各个阶段进行阻化，与其他阻化剂相比，灭火效果更好。
本发明的用于煤层火灾的胶囊防灭火材料包覆层为三聚氰胺甲醛树脂，包覆层具有良好的热稳定性和耐热性，能够承受一定的高温和压力，成膜性和分散性好，在一定的温度下可以发生反应产生氮气。三聚氰胺甲醛树脂覆盖在煤表面，减少漏风强度，隔绝煤氧接触，阻止煤氧化。产生的氮气可以将煤炭分解出来的可燃气体的浓度稀释到燃烧下限，同时稀释反应区中氧气浓度，减小煤的氧化反应速率，起到阻化作用。
本发明的用于煤层火灾的胶囊防灭火材料制备采用水浴干燥法，选用乙醚作为有机溶剂，选用含有2％明胶的溶液作为保护性溶液。乙醚沸点低，易挥发，缩短了制备微胶囊的时间；明胶溶液可以使复相乳液体系稳定，防止复相乳液体系发生逆向转发使囊芯释放出来，提高微胶囊的产率。水浴干燥法制备过程仅需明胶溶液和分散剂，工艺简单，反应温度低，反应过程中不会产生危废，绿色环保，危险性低，具有广阔的应用前景。
本发明的用于煤层火灾的胶囊防灭火材料制备方法选用叔丁醇、辛醇、壬醇、癸醇作为分散剂，并给予合理的加入量，可以使固体均匀分散在有机溶剂中，制得的微胶囊粒度较小，形成完整的球形颗粒，分散性好，包覆层完整，提高微胶囊产率，有效保证了微胶囊防灭火材料在常温常压下的稳定性，能够长期储存，安全性高。
附图说明
图1为本发明实施例中所使用的压注装置示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的及优点更加清楚明白，以下结合实施例对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1
一种用于煤层火灾的胶囊防灭火材料及制备方法，制备用于煤层火灾的胶囊防灭火材料所需的材料按质量分数比为：
按照下列步骤进行生产：
a、按照比例分别称取各组分的重量；
b、将碳酸氢铵、磷酸二氢铵、氯化铵、磷酸氢二铵、氯化钙、三聚氰胺甲醛树脂分别研磨，使其粒径均小于50μm，并将碳酸氢铵、磷酸二氢铵、氯化铵、磷酸氢二铵、氯化钙放在容器中进行充分均匀混合制成混合粉末。
c、将三聚氰胺甲醛树脂放在乙醚中，搅拌加速溶解至完全溶解，并将上述混合粉末和分散剂加入溶液中，以一定的搅拌速度直至粉末均匀分散在乙醚溶液中。
d、将上述溶液在搅拌的条件下缓慢滴加到含有2％明胶的保护性溶液中，在25℃、减压条件下搅拌2h，经过过滤、干燥即得煤矿井下微胶囊防灭火材料。
e、将用于煤层火灾的胶囊防灭火材料放入压注装置1中，与水混合形成浆液3注入到煤体2预定位置。
实施例2
一种用于煤层火灾的胶囊防灭火材料及制备方法，制备用于煤层火灾的胶囊防灭火材料所需的材料按质量分数比为：
按照下列步骤进行生产：
a、按照比例分别称取各组分的重量；
b、将碳酸氢铵、磷酸二氢铵、氯化铵、磷酸氢二铵、氯化钙、三聚氰胺甲醛树脂分别研磨，使其粒径均小于50μm，并将碳酸氢铵、磷酸二氢铵、氯化铵、磷酸氢二铵、氯化钙放在容器中进行充分均匀混合制成混合粉末。
c、将三聚氰胺甲醛树脂放在乙醚中，搅拌加速溶解至完全溶解，并将上述混合粉末和分散剂加入溶液中，以一定的搅拌速度直至粉末均匀分散在乙醚溶液中。
d、将上述溶液在搅拌的条件下缓慢滴加到含有2％明胶的保护性溶液中，在25℃、减压条件下搅拌2h，经过过滤、干燥即得煤矿井下微胶囊防灭火材料。
e、将用于煤层火灾的胶囊防灭火材料放入压注装置1中，与水混合形成浆液3注入到煤体2预定位置。
实施例3
一种用于煤层火灾的胶囊防灭火材料及制备方法，制备用于煤层火灾的胶囊防灭火材料所需的材料按质量分数比为：
按照下列步骤进行生产：
a、按照比例分别称取各组分的重量；
b、将碳酸氢铵、磷酸二氢铵、氯化铵、磷酸氢二铵、氯化钙、三聚氰胺甲醛树脂分别研磨，使其粒径均小于50μm，并将碳酸氢铵、磷酸二氢铵、氯化铵、磷酸氢二铵、氯化钙放在容器中进行充分均匀混合制成混合粉末。
c、将三聚氰胺甲醛树脂放在乙醚中，搅拌加速溶解至完全溶解，并将上述混合粉末和分散剂加入溶液中，以一定的搅拌速度直至粉末均匀分散在乙醚溶液中。
d、将上述溶液在搅拌的条件下缓慢滴加到含有2％明胶的保护性溶液中，在25℃、减压条件下搅拌2h，经过过滤、干燥即得煤矿井下微胶囊防灭火材料。
e、将用于煤层火灾的胶囊防灭火材料放入压注装置1中，与水混合形成浆液3注入到煤体2预定位置。
实施例4
一种用于煤层火灾的胶囊防灭火材料及制备方法，制备用于煤层火灾的胶囊防灭火材料所需的材料按质量分数比为：
按照下列步骤进行生产：
a、按照比例分别称取各组分的重量；
b、将碳酸氢铵、磷酸二氢铵、氯化铵、磷酸氢二铵、氯化钙、三聚氰胺甲醛树脂分别研磨，使其粒径均小于50μm，并将碳酸氢铵、磷酸二氢铵、氯化铵、磷酸氢二铵、氯化钙放在容器中进行充分均匀混合制成混合粉末。
c、将三聚氰胺甲醛树脂放在乙醚中，搅拌加速溶解至完全溶解，并将上述混合粉末和分散剂加入溶液中，以一定的搅拌速度直至粉末均匀分散在乙醚溶液中。
d、将上述溶液在搅拌的条件下缓慢滴加到含有2％明胶的保护性溶液中，在25℃、减压条件下搅拌2h，经过过滤、干燥即得煤矿井下微胶囊防灭火材料。
e、将用于煤层火灾的胶囊防灭火材料放入压注装置1中，与水混合形成浆液3注入到煤体2预定位置。
实施例5
一种用于煤层火灾的胶囊防灭火材料及制备方法，制备用于煤层火灾的胶囊防灭火材料所需的材料按质量分数比为：
按照下列步骤进行生产：
a、按照比例分别称取各组分的重量；
b、将碳酸氢铵、磷酸二氢铵、氯化铵、磷酸氢二铵、氯化钙、三聚氰胺甲醛树脂分别研磨，使其粒径均小于50μm，并将碳酸氢铵、磷酸二氢铵、氯化铵、磷酸氢二铵、氯化钙放在容器中进行充分均匀混合制成混合粉末。
c、将三聚氰胺甲醛树脂放在乙醚中，搅拌加速溶解至完全溶解，并将上述混合粉末和分散剂加入溶液中，以一定的搅拌速度直至粉末均匀分散在乙醚溶液中。
d、将上述溶液在搅拌的条件下缓慢滴加到含有2％明胶的保护性溶液中，在25℃、减压条件下搅拌2h，经过过滤、干燥即得煤矿井下微胶囊防灭火材料。
e、将用于煤层火灾的胶囊防灭火材料放入压注装置1中，与水混合形成浆液3注入到煤体2预定位置。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。