具体实施方式

下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

下面将结合实施例来详细说明本发明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

本发明覆浆阻燃浆液原料为粉煤灰、脱硫石膏、石灰粉、电石渣、阻燃剂和水，其中粉煤灰和脱硫石膏来自电厂，石灰粉来自于石灰厂废弃的石灰，电石渣来自于PVC厂，这些大部分都是工业固废，易获得，且成本较低。并且，原料中的水可以选用工业废水或生活废水，其成本较低，可以实现以废治废的双赢效果，使资源得到循环利用。

本发明提供的一种用于矸石山灭火的覆浆阻燃浆液，按质量份数计，覆浆阻燃浆液包括如下组分的原料：

粉煤灰60-80份(比如60份、65份、70份、75份或80份)、脱硫石膏20-40份(比如20份、25份、30份、35份或40份)、石灰粉25-45份(比如25份、30份、35份、40份或45份)、电石渣20-30份(比如20份、22份、24份、26份、28份或30份)、阻燃剂10-15份(比如10份、11份、12份、13份、14份或15份)及水110-270份(比如110份、130份、150份、170份、210份、230份、250份或270份)。

粉煤灰是由多种不同性状的颗粒混合堆聚的粒群，本身并无胶凝性能。但当常温下有水存在时，可与石灰起化学反应，生成具有胶凝性能的水化产物，即具有火山灰活性。这些水化产物一般能在空气中立即硬化，逐渐具有水硬性，其主要的水化产物是水化硅酸钙与水化铝酸钙凝胶。粉煤灰与石灰配合使用，CaO可激发粉煤灰活性，使粉煤灰颗粒中的SiO₂与Al₂O₃在矸石山灭火中生成硅酸盐及铝硅酸盐，从而达到灭火效果。

脱硫石膏主要成分为CaSO₄·2H₂O，其CaSO₄·2H₂O含量超过90％，纯度高于天然石膏，其主要杂质为CaCO₃、Al₂O₃和SiO₂等，脱硫石膏的加入为浆液提供大量的钙基，提高浆液固化层的强度和耐水性。

石灰粉的加入，其石灰液中的Ca(OH)₂有一定的阻化作用，可减小矸石的吸氧能力。同时，Ca(OH)₂与矸石燃烧产生的SO₂和CO₂反应生成CaSO₄和CaCO₃，它们在矸石表面形成一层稳定的覆盖物，起到隔绝空气的作用。

电石渣，电石渣即碳化钙CaC₂水解后的残渣，含有少量的活性SiO₂与Al₂O₃，电石水解的化学反应方程式为CaC₂+2H₂O＝C₂H₂+Ca(OH)₂，因此电石渣中含有Ca(OH)₂和少量活性SiO₂与Al₂O₃，作矸石山灭火的材料，生成硅酸盐、铝硅酸盐和碳酸钙，具有良好的灭火效果。

阻燃剂在高温下能形成玻璃状或稳定泡沫覆盖层，隔绝氧气，具有隔热、隔氧、阻止可燃气体向外逸出的作用，从而达到阻燃目的。

本发明覆浆阻燃浆液的灭火首先考浆液中的水降温，其次是原料粉煤灰、石灰粉、电石渣及阻燃剂的结合对自燃煤矸石山的粘附、包裹、隔氧作用，对自燃煤矸石山区域起阻燃作用。并且，本发明覆浆阻燃浆液的固化层具有较高的强度和耐水性，可增加矸石山的稳定性、防止雨水渗入矸石山中，降低矸石山滑坡的可能性。

本发明具体实施例中，覆浆阻燃浆液的液固比为0.8-1.2(比如0.8、0.9、1.0、1.1或1.2)。该液固比的浆液具有较好的流动性和可泵时间，同时浆液固化后的固化层的抗压强度较高。

本发明具体实施例中，覆浆阻燃浆液中固体原料之间满足如下质量比：粉煤灰：脱硫石膏：石灰粉：电石渣：阻燃剂＝(6-10)：(2-4)：(2-5)：(2-3)：(1-2)。优选地，粉煤灰：脱硫石膏：石灰粉：电石渣：阻燃剂＝9:3:3:3:1，选用该质量比的固体原料的覆浆阻燃浆液能够更为快速且有效地灭火，且浆液固化层的抗压强度较高。

本发明具体实施例中，阻燃剂为聚磷酸铵，聚磷酸铵是一种膨胀型阻燃剂，具有无卤、阻燃性能优越的特点，结合原料中的固废能够起到较好的阻化作用。

优选地，阻燃剂为三聚氰胺甲醛树脂改性的聚磷酸铵。三聚氰胺甲醛树脂具有良好的阻燃性能，三聚氰胺甲醛树脂改性包裹于聚磷酸铵的外表面，这样可以降低聚磷酸铵的吸湿率，防止聚磷酸铵的潮解反应，同时二者结合具有更好的阻化性能，从而提高覆浆阻燃浆液的保水和阻燃性能。

可选的实施例中，粉煤灰为一级粉煤灰，为高钙粉煤灰，高钙粉煤灰中的钙质和Al₂O₃反应生成水化硅酸钙和水化铝酸钙从而能够提高固化层的强度。

本发明覆浆阻燃浆液的固废原料粒径较小，在使用时只需要简单的研磨即可，节省大量的人力物力。本发明具体实施例中，粉煤灰的粒度在3mm以下，石灰粉的粒度在3mm以下，脱硫石膏的粒度在5mm以下，电石渣的粒度在5mm以下。

进一步地，本发明具体实施例中，按质量份数计，覆浆阻燃浆液还包括5-15份(比如5份、7份、10份、12份或15份)的复合外加剂，复合外加剂包括聚丙烯酰胺和羧甲基纤维素，所述聚丙烯酰胺和羧甲基纤维素的质量比为1:(1.5-3)(比如1:1.5、1:1.7、1:2、1:2.2、1:2.5、1:2.7或1:3)。羧甲基纤维素加热至50～60℃可形成凝胶，聚丙烯酰胺能与羧甲基纤维素形成大量水分子的三维聚合物网络，可以终止混合物的流动，形成刚性凝胶，并有效保存材料中的水分，防水材料开裂，羧甲基纤维素和聚丙烯酰胺能再一定温度下形成胶体，并且胶体中含有水分，水分在蒸发时可以降低矸石山火区温度，同时，胶体在达到稳定后，附着于矸石山表面，形成一层致密的薄膜，这层薄膜可以阻隔煤矸石山与氧气接触，进而阻断煤矸石氧化，对于煤矸石山自燃火灾，胶体能够迅速降低火区温度，包裹煤矸石山，隔绝氧气，火灾能够很快被熄灭，由于胶体的堵漏作用，可以迅速封堵漏风通道，阻止有毒有害气体的释放。

可以理解的，在本发明覆浆阻燃浆液的原料中加入聚丙烯酰胺和羧甲基纤维素的复合外加剂，可以更加快速且有效地熄灭火灾。

进一步地，本发明具体实施例中，复合外加剂还包括可膨胀石墨，可膨胀石墨与聚丙烯酰胺的质量比为(0.5-1)：1(比如0.5:1、0.6:1、0.7:1、0.8:1、0.9:1或1:1)。可膨胀石墨是一种利用物理或化学的方法将非碳质反应物插入石墨层间，形成的晶体化合物。可膨胀石墨在遇到高温时，层间化合物分解，开始膨胀，在1000℃时膨胀完全，膨胀倍数可达200倍以上。膨胀后的石墨形成了一个非常好的绝热层，能有效隔热，在火灾中具有热释放率低，质量损失小，产烟量少特点。当复覆浆阻燃浆液中水分完全蒸发后，其中的骨料在高温条件下会迅速膨胀，从而将煤矸石山内的高温火源紧密包裹起来，对漏风裂隙进行二次封堵，有效防止其火源蔓延。

按质量份数计，覆浆阻燃浆液还包括5-10份(比如5份、6份、7份、8份、9份或10份)的聚乙二醇400。聚乙二醇400作为一种分散剂，可以起到分散原料中固体颗粒的作用，促使钙矾石形成的反应均匀充分，同时聚乙二醇400能够吸附多余的游离水，有效地保障了高固水、高致密和隔绝氧气，从而使得覆浆阻燃浆液具有快速降温和阻断灭火的功能。

本发明还提供了一种用于矸石山灭火的覆浆阻燃浆液的应用，将覆浆阻燃浆液用于矸石山灭火降温，应用时，将覆浆阻燃浆液开泵输注到发生自燃的煤矸石山内部，浆液通过渗透和扩散，充填空隙，隔绝氧气，阻断浅表区域矸石燃烧。

由于矸石山堆积密度不同，且为了保证覆浆阻燃浆液的降温灭火效果，将覆浆阻燃浆液开泵输注的流量为200-300L/min(比如200L/min、220L/min、250L/min、270L/min或30L/min)，压力为2-2.5MPa(比如2MPa、2.1MPa、2.2MPa、2.3MPa、2.4MPa或2.5MPa)。

下面通过具体实施例对本发明用于矸石山灭火的覆浆阻燃浆液及其应用进行详细说明。

需要说明的是，下面具体实施例和对比例中，浆液的流动性测试方法参照水泥胶砂的流动性测试方法，按《水泥胶砂流动度测定方法》GB/T2419-2005中的要求，浆液的流动度使用水泥胶砂流动度测定仪进行测定。流动度以水泥胶砂在流动桌上扩展的平均直径(mm)表示，平均直径越大，水泥胶砂的流动度数越大，流动性越好。

析水率是指浆液固结后析出水的体积与原浆液体积之比。浆液的析水率反映了浆液的稳定性，是浆液的重要性能指标，一般生产应用要求浆液要有较小的析水率。析水率越低则浆液稳定性越好，规定6h析水率小于5％的浆液称为稳定浆液，以6h的析水率作为评价浆液稳定性的指标。浆液析水率的测试方法如下，取一个500ml量筒，倒入大约400ml浆液，记录浆液体积为V1，放置6h后，观察浆液上方析出情况，读出析出水的体积V2，析水率α是V2和V1的比值。

覆浆材料固化层的抗压强度依照GB/T17671－1999《水泥胶砂强度检验方法(ISO法)》进行试验，采用无侧限单轴受压。试验中使用70.7×70.7×70.7mm三联砂浆试模，试样脱模后放入水泥恒温恒湿标准养护箱中养护，测定期龄在28d的抗压强度。每组试验中，分别测试三个试块的抗压强度，取平均值为一个组的测试结果，精确至0.01MPa。测试中出现个别试块的抗压强度读书偏大或者偏小(±20％)，应改剔除掉，求剩余块数的平均值。

实施例1

本实施例提供的一种用于矸石山灭火的覆浆阻燃浆液的应用，包括如下步骤：

(1)按质量份计，称量粉煤灰60份、脱硫石膏20份、石灰粉25份、电石渣20份、三聚氰胺甲醛树脂改性的聚磷酸铵10份及水160份，搅拌均匀得到覆浆阻燃浆液。使用水泥胶砂流动度测定义测定流动度为94mm，浆液6h析水率为3.8％。

(2)将浆液倒入70.7×70.7×70.7的砂浆三联试模中，连同试模放在温度(20±2)℃，相对湿度≥50％的环境中，48h后脱模，将试块放在温度(20±1)℃，相对湿度不低于90％的养护箱内，检测试块在28d时期的抗压强度分别为4.2MPa，28d后软化系数为0.91。

实施例2

本实施例提供的一种用于矸石山灭火的覆浆阻燃浆液的应用，包括如下步骤：

(1)按质量份计，称量粉煤灰70份、脱硫石膏25份、石灰粉30份、电石渣25份、三聚氰胺甲醛树脂改性的聚磷酸铵12份、聚丙烯酰胺3份、羧甲基纤维素5份、可膨胀石墨2份、5份聚乙二醇400及200份水，搅拌均匀得到覆浆阻燃浆液。使用水泥胶砂流动度测定义测定流动度为96mm，浆液6h析水率为3.6％。

(2)将浆液倒入70.7×70.7×70.7的砂浆三联试模中，连同试模放在温度(20±2)℃，相对湿度≥50％的环境中，48h后脱模，将试块放在温度(20±1)℃，相对湿度不低于90％的养护箱内，检测试块在28d时期的抗压强度分别为4.6MPa，28d后软化系数为0.92。

实施例3

本实施例提供的一种用于矸石山灭火的覆浆阻燃浆液的应用，包括如下步骤：

(1)按质量份计，称量粉煤灰80份、脱硫石膏40份、石灰粉45份、电石渣30份、三聚氰胺甲醛树脂改性的聚磷酸铵15份、聚丙烯酰胺4份、羧甲基纤维素7份、可膨胀石墨4份、10份聚乙二醇400及270水份，搅拌均匀得到覆浆阻燃浆液。使用水泥胶砂流动度测定义测定流动度为98mm，浆液6h析水率为3.9％。

(2)将浆液倒入70.7×70.7×70.7的砂浆三联试模中，连同试模放在温度(20±2)℃，相对湿度≥50％的环境中，48h后脱模，将试块放在温度(20±1)℃，相对湿度不低于90％的养护箱内，检测试块在28d时期的抗压强度分别为4.8MPa，28d后软化系数为0.93。

实施例4

在某个自燃矸石山进行现场试验，选取2000平方米的自燃区域，通过电热偶检测到煤矸石堆内部温度为432℃，将电热偶探头预埋治理后期再次检测温度，将实施例2得到的覆浆阻燃浆液用于矸石山灭火降温，应用时，将覆浆阻燃浆液开泵输注到发生自燃的煤矸石山内部，输注的流量为250L/min，压力为2.5MPa，浆液通过渗透和扩散，充填空隙，隔绝氧气，阻断浅表区域矸石燃烧。浆液固化后，72h后通过在覆浆固化层表面洒水，持续3-4次，施工后的第28d取样检测抗压强度为4.3MPa。覆浆治理后的30d、45d、60d检测预埋电热偶的温度读数持续下降至302℃、126℃、32℃，60d之后煤矸石堆自燃区域温度趋于正常。

实施例5

在某个自燃矸石山进行现场试验，选取1000平方米的自燃区域，通过电热偶检测到煤矸石堆内部温度为382℃，将电热偶探头预埋治理后期再次检测温度，将实施例3得到的覆浆阻燃浆液用于矸石山灭火降温，应用时，将覆浆阻燃浆液开泵输注到发生自燃的煤矸石山内部，输注的流量为250L/min，压力为2.5MPa，浆液通过渗透和扩散，充填空隙，隔绝氧气，阻断浅表区域矸石燃烧。浆液固化后，72h后通过在覆浆固化层表面洒水，持续3-4次，施工后的第28d取样检测抗压强度为4.8MPa。覆浆治理后的30d、45d、60d检测预埋电热偶的温度读数持续下降至278℃、106℃、30℃，60d之后煤矸石堆自燃区域温度趋于正常。

实施例6

本实施例提供的一种用于矸石山灭火的覆浆阻燃浆液的应用，其步骤与实施例1相同，仅仅在原料选择上有所不同。

本实施例研究了原料中粉煤灰、脱硫石膏、电石渣、石灰粉的加入比例对浆液性能的影响，设定阻燃剂的加入量为10份，水泥的加入量为10份，复合外加剂的加入量为15份，且复合外加剂均包括：聚丙烯酰胺4份和羧甲基纤维素硅酸钠8份、可膨胀石墨3份，液固比为1.2，养护方式均采用标准养护。对比粉煤灰、脱硫石膏、石灰粉、电石渣加入的比例为3:1:1:1、3:1:2:1、3:2:1:1、4:2:2:1对浆液的性能影响，具体见表1，表1为粉煤灰、脱硫石膏、电石渣、石灰粉的加入比例对浆液性能影响的试验结果。

表1粉煤灰、脱硫石膏、石灰粉、电石渣的加入比例对浆液性能影响的试验结果

从表1中可以看出，随着粉煤灰加入量的增加，浆液的流动度不断增加，从92mm增加到96mm，且流动度均保持在90mm以上，则浆液具有较好的流动性，能够满足管道输送。经过分析，流动度的增加得原因是由于粉煤灰颗粒呈球状，表面致密、光滑，其颗粒形态和表面状态在复合浆体中发挥滚珠轴承作用，粉煤灰含量增加流动度增加说明粉煤灰在所研究的体系中对流动度的贡献要大于其他原料，其他原料的加入加在一定程度上减小了浆体稠度，流动度有降低趋势。

并且，随着粉煤灰加入量的增加，6h后浆液析水率从3.8％下降至3.4％，下降趋势不大。且浆液的析水率小于5％，则浆液为稳定浆液。

同时，由表1中可以看出，随着期龄的发展，抗压强度不断增加，且当粉煤灰、脱硫石膏、石灰粉、电石渣加入的比例为3:1:1:1时，不同期龄的抗压强度最高。

对比例1

本对比例与实施例2的区别在于，覆浆阻燃浆液中不含有三聚氰胺甲醛树脂改性的聚磷酸铵、聚丙烯酰胺、羧甲基纤维素、可膨胀石墨和聚乙二醇400，其他原料与实施例2相同。

(1)使用水泥胶砂流动度测定仪测定复合胶凝喷浆材料浆液的流动度为82mm，浆液6h析水率为4.8％。

(2)将浆液倒入70.7×70.7×70.7的砂浆三联试模中，连同试模放在温度(20±2)℃，相对湿度≥50％的环境中，48h后脱模，将试块放在温度(20±1)℃，相对湿度不低于90％的养护箱内，检测试块在28d时期的抗压强度分别为3.6MPa，28d后软化系数为0.91。

(4)在某个自燃矸石山进行现场试验，选取2000平方米的自燃区域，通过电热偶检测到煤矸石堆内部温度为432℃，将电热偶探头预埋治理后期再次检测温度，将对比例1得到的覆浆阻燃浆液用于矸石山灭火降温，应用时，将覆浆阻燃浆液开泵输注到发生自燃的煤矸石山内部，输注的流量为250L/min，压力为2.5MPa，浆液通过渗透和扩散，充填空隙，隔绝氧气，阻断浅表区域矸石燃烧。浆液固化后，72h后通过在覆浆固化层表面洒水，持续3-4次，施工后的第28d取样检测抗压强度为3.8MPa。覆浆治理后的30d、45d、60d、75d检测预埋电热偶的温度读数持续下降至324℃、296℃、118℃、33℃，75d之后煤矸石堆自燃区域温度趋于正常。

由此看出，相较于对比例1，实施例2由于复合胶凝喷浆材料浆液中加入了适量的三聚氰胺甲醛树脂改性的聚磷酸铵、聚丙烯酰胺、羧甲基纤维素、可膨胀石墨和聚乙二醇400，则其浆液流动性较好，28d的抗压强度较好，且灭火降温较快速。

综上所述：本发明用于矸石山灭火的覆浆阻燃浆液得原料大部分都是工业废弃物,包括以煤炭为燃料的电厂副产物粉煤灰和脱硫石膏、废弃石灰粉、PVC厂的副产物电石渣、阻燃剂及水，可以实现以废治废的双赢效果，使资源得到循环利用。由于本发明覆浆阻燃浆液的原料中固体废弃物的加入量较大，则其制备成本较低。

本发明在采用覆浆阻燃浆液对自燃的矸石山进行灭火时，将覆浆阻燃浆液用于矸石山灭火降温，应用时，将覆浆阻燃浆液开泵输注到发生自燃的煤矸石山内部，浆液通过渗透和扩散，充填空隙，隔绝氧气，阻断浅表区域矸石燃烧。

本发明覆浆阻燃浆液的灭火首先考浆液中的水降温，其次是原料粉煤灰、石灰粉、电石渣及阻燃剂的结合对自燃煤矸石山的粘附、包裹、隔氧作用，对自燃煤矸石山区域起阻燃作用。本发明原料中粉煤灰与石灰粉配合使用，石灰粉中的CaO可激发粉煤灰活性，使得粉煤灰颗粒中的SiO₂与Al₂O₃在矸石灭火中生成硅酸盐及铝硅酸盐，从而达到灭火效果。并且，石灰粉液中的Ca(OH)₂有一定的阻化作用，可减小煤炭的吸氧能力，同时Ca(OH)₂与矸石燃烧产生的SO₂和CO₂反应可生成CaSO₄和CaCO₃，它们在矸石表面形成一层稳定的覆盖物，起到隔绝空气的作用，从而增强灭火效果。脱硫石膏为浆液提供了大量的钙基，提高了覆浆阻燃浆液固化后固化层的强度和耐水性。此外，电石渣即碳化钙CaC₂水解后的残渣，含有少量的活性SiO₂与Al₂O₃，电石水解产物Ca(OH)₂、少量活性SiO₂与Al₂O₃作为矸石山灭火的材料，具有良好的灭火效果。

经测试，本发明覆浆阻燃浆液固化后的固化层具有较好的强度，28d抗压强度为3-5MPa，具有较好的护坡作用，可以防止矸石山滑坡，增加矸石山的稳定性。

经测试，覆浆阻燃浆液固化层具有良好的耐水性，试块软化系数不低于0.9，可以有效防止雨水渗入矸石山中，降低矸石山滑坡的可能性；也可以防止矸石山内部的有害元素溶入雨水渗入地下水，有利于保护地下水。

将本发明的覆浆阻燃浆液应用于矸石山灭火时，大约60d就可以将自燃的矸石山温度降温至正常温度，降温较快，降温效果较好。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。