本發明屬于復合阻化劑制備，具體涉及一種用于抑制煤自燃的改性凝膠泡沫及其制備方法和應用。

背景技術：

1、目前，防治煤自燃主要采用注漿、注惰性氣體以及注三相泡沫等，但是這些技術也存在一些缺陷。例如注漿，注入煤層裂隙的泥漿僅沿著低洼地流動，難以積聚，對高處煤體不起作用；注惰氣則對空間密封要求高，若漏風，則氣體極易隨氣流泄露逸出，會大大降低其抑制效果；注三相泡沫，具有適用面廣、易封堵碎煤漏風的優點，但是泡沫不夠穩定，不能持久有效的阻止煤的自燃。

2、凝膠泡沫是一種新型的抑制煤自燃材料，膠凝之前，凝膠泡沫呈現泡沫狀態，流動擴散性能好；膠凝之后，凝膠泡沫粘度增大，流動性減弱，呈現出凝膠狀態，顯示出良好的固水、隔氧性能。目前，常用水凝膠泡沫主要以水玻璃為主基料制備而成，并利用親水性的水溶性淀粉、環糊精、纖維水解液等對水玻璃進行改性，形成水玻璃的膠凝或凝膠泡沫，其與煤表面的結合性差，導致膠凝或凝膠泡沫的隔氧效果差，抑煤自燃的效果差。

技術實現思路

1、為了解決上述問題，本發明提供一種用于抑制煤自燃的改性凝膠泡沫及其制備方法和應用，提供的改性凝膠泡沫，其中疏水改性復合增稠劑通過瓜爾膠和魔芋膠進行復合反應形成具有穩定的三維立體結構，使改性凝膠泡沫具有更好地固水性和穩定性，并在分子鏈上接枝有疏水基團，使得改性凝膠泡沫具有優異的疏水性特性，從而與煤表面能更好的結合，改善了傳統凝膠泡沫隔氧效果差的缺點，提高了其抑制煤自燃的效果。

2、本發明是通過以下技術方案解決上述技術問題的。

3、本發明從分子層面進行設計，開發一種具有高效抑制煤炭自燃的凝膠泡沫體系同時材料綠色環保無污染，一方面，本發明的第一個目的是提供一種用于抑制煤自燃的改性凝膠泡沫，按以下質量百分比計的組分制備而成：疏水改性復合增稠劑0.5%～3%，發泡劑1%～5%，穩泡劑0.1%～2%，抗氧化劑1%～5%，余量為水，各原料質量百分比之和為100%；其中，所述疏水改性復合增稠劑通過瓜爾膠和魔芋膠進行反應形成三維立體結構，提高性凝膠泡沫的固水性和穩定性，并在三維立體結構分子鏈上接枝疏水基團，增加改性凝膠泡沫疏水性特性和煤表面結合性。

4、本發明提供的改性凝膠泡沫，疏水改性復合增稠劑通過瓜爾膠和魔芋膠進行復合反應形成具有穩定的三維立體結構，使改性凝膠泡沫具有更好地固水性和穩定性，并在分子鏈上接枝有疏水基團，使得改性凝膠泡沫具有優異的疏水性特性，從而與煤表面能更好的結合，并在煤表面形成致密度高的隔離層，提高凝膠泡沫的隔氧性，改善了傳統凝膠泡沫隔氧效果差等缺點，提高了其抑制煤自燃的效果。通過發泡劑對疏水改性復合增稠劑進行攪拌發泡，并加入抗氧化組分，使得該材料又可以清除煤炭中活性自由基，阻斷煤氧鏈式反應，增強凝膠泡沫的化學阻化作用，具有高效抑制煤炭自燃的效果，不僅可以長時間隔絕煤氧接觸，穩定性強，而且其中的抗氧化劑具有清除煤炭中活性自由基的作用，二者協同，能夠有效抑制煤自燃。

5、進一步的，改性凝膠泡沫包括以下按質量百分比計的組分：疏水改性復合增稠劑1%～3%，發泡劑1%～4%，穩泡劑0.1%～1%，抗氧化劑1%～4%，余量為水，各原料質量百分比之和為100%。

6、進一步的，所述疏水改性復合增稠劑的制備方法，包括以下步驟：

7、將瓜爾膠和魔芋膠進行混合，加入到水中攪拌發生氫鍵反應，得到瓜爾膠-魔芋膠復合凝膠；向瓜爾膠-魔芋膠復合凝膠中加入氫氧化鈉溶液，進行堿改性得到堿性瓜爾膠-魔芋膠復合凝膠。

8、向堿性瓜爾膠-魔芋膠復合凝膠中加入疏水改性劑，進行接枝聚合反應，得到改疏水性復合增稠劑。

9、需要說明的是，在本發明中，瓜爾膠是一種多糖高分子物質，是天然增稠劑，為提高增稠劑的穩定性，而魔芋膠是一種水溶性膠體，在溶解過程中，水分子的擴散遷移速度快，當魔芋膠在水中發生溶脹后，通過瓜爾膠和魔芋膠進行復合反應形成具有穩定的三維立體結構，使改性凝膠泡沫具有更好地固水性和穩定性，并在分子鏈上接枝有疏水基團，使得改性凝膠泡沫具有優異的疏水性特性。

10、進一步的，所述瓜爾膠和魔芋膠的質量比為（2～10）:（1～7）。需要說明的是，本發明采用的瓜爾膠與魔芋膠進行形成具有穩定的三維立體結構，因此，當瓜爾膠或魔芋膠的用量增大后，其形成的增稠劑度太大，會導致發泡倍數低等問題。

11、進一步的，所述瓜爾膠-魔芋膠復合凝膠和氫氧化鈉溶液的固液比為3g～7g：1ml～5ml，氫氧化鈉溶液為質量濃度80wt％的氫氧化鈉水溶液，堿改性的溫度為50℃，時間為3h～5h。需要說明的是，堿處理瓜爾膠-魔芋膠復合凝膠的目的是為了破壞其分子結構，從而可以使聚苯乙烯分子更好地接枝到瓜爾膠-魔芋膠復合凝膠分子上。

12、進一步的，所述堿性瓜爾膠-魔芋膠復合凝膠和疏水改性劑的質量比為1～4：1～6，疏水改性劑為聚苯乙烯，接枝聚合反應的溫度為60℃，時間為1h。需要說明的是，堿性瓜爾膠-魔芋膠復合凝膠具有穩定的三維立體結構，通過接枝反應，聚苯乙烯分子會接枝到其分子結構的主鏈上，從而使堿性瓜爾膠-魔芋膠表現出疏水特性。

13、進一步的，所述發泡劑為十二烷基硫酸鈉、α-烯基磺酸鈉、十六烷基三甲基溴化銨、辛酰葡萄糖苷中的至少一種。需要說明的是，本發明采用的發泡劑具有更好的發泡性能。

14、進一步的，所述穩泡劑為黃原膠、聚乙烯醇、烷基醇酰胺中的至少一種。需要說明的是，所述穩泡劑優選的為黃原膠，黃原膠是環境友好型材料，且價廉易獲得。

15、進一步的，所述抗氧化劑為茶多酚、花青素、叔丁基對苯二酚、沒食子酸丙酯的一種或多種。

16、另一方面，本發明提供上述用于抑制煤自燃的改性凝膠泡沫的制備方法，包括以下步驟：在常溫干燥條件下，依次按比例稱量改性疏水復合增稠劑、發泡劑、穩泡劑和抗氧化劑，充分混合，然后按比例加入水，以1500r/min以上的轉速攪拌發泡，制得該凝膠泡沫。本發明制備的改性凝膠泡沫備出的材料不僅具有結構穩定、適用范圍廣、穩定性好、隔氧效果好、固水性好等優點，與傳統抑制煤自燃材料相比，改性復合增稠劑凝膠泡沫阻化性能更強，適用范圍更廣，對于煤炭安全開采具有重要意義。

17、本發明還提供了上述用于抑制煤自燃的改性凝膠泡沫在抑制煤自燃中的應用，將改性凝膠泡沫噴灑至煤樣表面或注入煤堆層，其中，改性凝膠泡沫與煤的質量比為2：1。凝膠泡沫通過物理化學協同阻化作用，影響了煤的氧化階段，提高了煤的特征溫度點，對抑制煤自燃具有顯著效果。

18、本發明與現有技術相比具有如下有益效果：

19、（1）本發明提供的改性凝膠泡沫，其中疏水改性復合增稠劑通過瓜爾膠和魔芋膠進行復合反應形成具有穩定的三維立體結構，使改性凝膠泡沫具有更好地固水性和穩定性，并在分子鏈上接枝有疏水基團，使得改性凝膠泡沫具有優異的疏水性特性，從而與煤表面能更好的結合，并在煤表面形成致密度高的隔離層，改善了傳統凝膠泡沫隔氧效果差的缺點，提高了其抑制煤自燃的效果。

20、（2）本發明提供的改性凝膠泡沫，通過發泡劑對疏水改性復合增稠劑進行攪拌發泡，并加入抗氧化組分，使得該材料又可以清除煤炭中活性自由基，阻斷煤氧鏈式反應，增強凝膠泡沫的化學阻化作用，具有高效抑制煤炭自燃的效果，不僅可以長時間隔絕煤氧接觸，穩定性強，而且其中的抗氧化劑具有清除煤炭中活性自由基的作用，二者協同，能夠有效抑制煤自燃。