本發明屬于滅火材料技術領域，具體涉及一種適用于煤矸石自燃的赤泥基滅火及防自燃材料。
背景技術：
煤矸石是煤礦開采和選煤過程中產生的固體廢棄物，是一種在成煤過程中與煤層伴生的一種含碳量低、比煤堅硬的黑灰色巖石。隨著國民經濟發展，對于煤炭需求日益增長，煤炭產量逐年增加。據統計，2013年我國煤炭產量約37億噸，煤矸石排放總量達到7.5億噸，2015年煤矸石累計堆存量高達45億噸，占地面積7500m2，構成大小不一的煤矸石山數千座。這些數量巨大的煤矸石山，約有1/4的矸石山長期自燃。這是因為，煤矸石中含有硫、碳、水成分，硫為可自燃物質，碳為可燃物質，二者構成矸石山的自燃基礎，而氧氣和水分則是矸石自燃的必要條件。其中，硫以硫鐵礦、有機硫、硫酸鹽化合態等存在，硫鐵礦中的硫是在缺氧的條件下生成并存在于煤和煤系地層之中，呈晶體和結核狀態，經采出堆放露天場地后，由于和空氣中的氧接觸，再加上微生物的作用便會發生氧化，氧化反應過程伴隨大量的熱量放出，生成H2SO4 ，進一步加速了硫化鐵的分解，日積月累，矸石山內部的熱量不斷累積，溫度不斷升高，當溫度達到煤的燃點（一般為360℃）時，便可將矸石中的煤點燃，從而使矸石山自燃，而煤矸石自燃時，每m2煤矸石24h放出SO26.5kg、CO10.8kg、H2S和NOX 0.6kg，同時還伴有大量煙塵，不僅污染大氣環境、抑制周圍農作物生長，還嚴重損害人體健康。
而且由于煤矸石山屬人工再造，自然形成圓錐形狀，內部空隙較大，容易形成煙囪效應，同時矸石山底部的野風流漩渦大幅增加了矸石山內部的供氧量，促進了煤矸石的快速燃燒，0提高了矸石山內部的氧化升溫速度，釋放出的熱量逐漸在矸石山內部聚積，燃燒溫度很高。在高溫環境下，矸石自燃產生的可燃氣體有可能在矸石山內部發生爆炸，導致矸石山發生坍塌、噴爆或爆炸等事故，同時產生大量有毒有害氣體，將會造成人員傷亡及財產損失等重大問題。
因此，針對煤矸石自燃的現象，需要采取有效的自燃防治措施， 目前，主要包括火區溫度紅外成像探測技術、熱管深部移熱技術、噴灑阻化劑、深部注漿（注水）、挖除火源法以及表面覆蓋法。根據煤矸石自燃的特征，在選擇防治方法時，需要考慮這種方法是否能夠根除矸石內部及表面的自燃點，首先通過勘探測溫手段確定矸石燃燒的深度和范圍，然后根據存在的燃燒去的范圍確定采取的滅火方法。一般第一燃燒區出現在矸石堆積體有裂隙和斜坡的地帶，溫度在40-170℃之間；第二燃燒區在堆積體表面下2-3m區域內，溫度在300-700℃之間；第三燃燒區位于堆積體延伸7-10m的范圍內，溫度在700-1200℃。對于僅存在第一燃燒區的小型的矸石堆積體，可以通過表面封閉法等處理；對于存在第二燃燒區的中型矸石堆積體，應該采用淺孔注漿為主的方法處理；對于3個燃燒區并存的大型矸石堆積體，必須采取以深孔加壓注漿為主的方法治理。因此，注漿法是目前國內外在治理煤矸石山自燃時最廣泛采用，也最為有效的滅火方法。煤矸石山自燃后一般采用打鉆注漿法或石灰乳注漿法。
打鉆注漿法是先將滅火材料制成一定濃度的滅火漿液，再在火區布置一系列鉆孔，然后用注漿泵將滅火漿液注入矸石山內部。當滅火漿液接觸到高溫矸石后， 漿液的水分急劇蒸發，同時帶走大量熱量，使矸石迅速降溫。此時，漿液中的固體物質包裹在矸石表面，或充填在矸石間的縫隙中，起到隔絕空氣的作用。注漿法是通過降溫與隔氧兩方面的共同作用達到滅火目的。對已燃或易燃的煤矸石山，可以打鉆注漿，隔絕空氣流通，注漿材料一般采用電廠的粉煤灰，這樣既解決了粉煤灰堆放的困難和防止污染問題，又節省了大量的土和砂石等資源，更主要的是它是防治煤矸石山自燃行之有效的方法。但該方法的不足之處在于，工藝復雜、成本高、注入深度小，而且日后經受風吹雨淋后，流失嚴重。
石灰乳注漿法一般采取改良的方法，也即飽和石灰水配火堿滲透注漿法，用飽和Ca(OH)2-NaOH灰漿進行滲透注漿，其方法為每噸Ca(OH)2飽和溶液配火堿2-5kg配入灰漿池后，攪拌均勻，用泥漿泵經膠管噴灑火區。該漿體流動性大，注漿時無需鉆孔，直接從表面噴灑澆注，滲透深度可達5m以上。該方法滅火機理是以Ca(OH)2-NaOH混合堿液吸收、固定自燃煤矸石放出的SO2、CO、CO2、H2S等酸性氣體，使得黃鐵礦的氧化反應得以中止，還可使混合堿液向燃燒層自由滲透，并且堿液在高溫下與矸石中某些成分發生反應，形成膠凝狀產物。這些產物及石灰類物質可包裹可燃物和充填矸石空隙，阻礙空氣流通，隔斷氧的通道，達到滅火目的。
但其不足在于，堿價格昂貴，成本高、固含量低、充填效果不好、穩定性差、時效性短，日后經受風吹雨淋流失嚴重，存在復燃和再燃的隱患。
技術實現要素：
本發明目的在于提供一種滅火效果好、穩定性好的適用于煤矸石自燃的赤泥基滅火及防自燃材料。
基于上述目的，本發明采取以下技術方案：
一種適用于煤矸石自燃的赤泥基滅火及防自燃材料，該材料為粉體與水混合制成的漿體，其水灰比0.5-0.7，所述粉體由以下重量百分比的原料組成：赤泥65-75％、熟石灰粉10-20％、廢石膏5-10％、復合激發劑7-14%。
所述的赤泥為燒結法或拜耳法生產氧化鋁中產生的工業廢渣；所述的廢石膏為廢渣磷石膏、廢渣氟石膏、廢渣鹽石膏、廢渣鈦石膏或廢渣蘇打石膏。
所述的復合激發劑由鈉水玻璃和減水劑混合而成，所述鈉水玻璃和減水劑的重量比為（10-20）∶（85-90）。
所述的鈉水玻璃的模數為1.2-1.8、波美度為45-55%；減水劑為聚羧酸、萘系或脂肪族類減水劑。
所述減水劑為MY-Ⅳ緩凝高性能減水劑或HSB脂肪族減水劑粉劑。
所述的廢渣磷石膏為用磷酸鹽礦石和硫酸制造磷酸產生的廢石膏，廢渣氟石膏為用氟化鈣和硫酸制取氫氟酸時生成的廢石膏，廢渣鹽石膏為用海水制取食鹽過程中產生的廢石膏，廢渣鈦石膏為用鈦鐵礦石制取二氧化鈦過程中和用廢硫酸進行中和反應所生成的廢石膏，廢渣蘇打石膏為蘇打工業和人造絲工業中用氯化鈣和硫酸鈉反應生成的廢石膏。
與現有技術相比，本發明具有以下有益效果：
1）本發明以工業廢渣赤泥、廢石膏以及熟石灰粉為主要原料，上述原料均為超細粉體，直接加水攪拌成漿體灌注，無需烘干粉磨等復雜工序，成本低廉、生產和使用簡單方便；
2）本發明的滅火材料為液態漿體，可以起到吸熱降溫的效果，同時赤泥作為主要組分，再加入廢石膏、熟石灰粉后，主要形成NaOH-Ca(OH)2-CaSO4混合堿液，可以吸收、固定自燃的煤矸石放出的SO2、CO、CO2、H2S等酸性氣體，使得黃鐵礦的氧化反應得以中止，同時，產生大量膠凝狀化合物，與中和反應的生成物共同形成隔離層，起到封閉作用，自燃將逐步熄滅。注漿均勻、不離析，而且漿體流動性大，直接澆注，無需鉆孔，灌注深度可達5米以上，澆注密實，并能夠凝結硬化，將澆注層內的煤矸石形成致密的實體，凝結硬化后不怕風吹雨淋，煤矸石山不易復燃、長期穩定性好、滅火效果好，也可用于預防；
3）煤矸石和赤泥混合低燒后具有很高的火山灰活性，有利于煤矸石的資源化利用。
具體實施方式
實施例1
一種適用于煤矸石自燃的赤泥基滅火及防自燃材料，該材料為粉體與水直接混合制成的漿體，其水灰比0.5，所述粉體由以下重量百分比的原料組成：赤泥65％、熟石灰粉11％、廢石膏（廢渣磷石膏）10％、復合激發劑14%。
所述的復合激發劑由模數為1.2、波美度為45%的鈉水玻璃和減水劑混合而成，所述鈉水玻璃和減水劑的重量比為10∶90；減水劑為聚羧酸減水劑（MY-Ⅳ緩凝高性能減水劑，市售產品）。
實施例2
一種適用于煤矸石自燃的赤泥基滅火及防自燃材料，該材料為粉體與水直接混合制成的漿體，其水灰比0.7，所述粉體由以下重量百分比的原料組成：赤泥75％、熟石灰粉10％、廢石膏（廢渣氟石膏）5％、復合激發劑10%。
所述的復合激發劑由模數為1.8、波美度為50%的鈉水玻璃和減水劑混合而成，所述鈉水玻璃和減水劑的重量比為15∶85；減水劑為奈系減水劑。
實施例3
一種適用于煤矸石自燃的赤泥基滅火及防自燃材料，該材料為粉體與水直接混合制成的漿體，其水灰比0.6，所述粉體由以下重量百分比的原料組成：赤泥67％、熟石灰粉15％、廢石膏（廢渣鹽石膏）7％、復合激發劑11%。
所述的復合激發劑由模數為1.5、波美度為55%的鈉水玻璃和減水劑混合而成，所述鈉水玻璃和減水劑的重量比為20∶85；減水劑為奈系減水劑。
實施例4
一種適用于煤矸石自燃的赤泥基滅火及防自燃材料，該材料為粉體與水直接混合制成的漿體，其水灰比0.5，所述粉體由以下重量百分比的原料組成：赤泥70％、熟石灰粉18％、廢石膏（廢渣鈦石膏）5％、復合激發劑7%。
所述的復合激發劑由模數為1.2、波美度為55%的鈉水玻璃和減水劑混合而成，所述鈉水玻璃和減水劑的重量比為10∶90；減水劑為脂肪族類減水劑（HSB脂肪族減水劑粉劑，市售產品）。
實施例5
一種適用于煤矸石自燃的赤泥基滅火及防自燃材料，該材料為粉體與水直接混合制成的漿體，其水灰比0.7，所述粉體由以下重量百分比的原料組成：赤泥66％、熟石灰粉20％、廢石膏（廢渣蘇打石膏）6％、復合激發劑8%。
所述的復合激發劑由模數為1.2、波美度為45%的鈉水玻璃和減水劑混合而成，所述鈉水玻璃和減水劑的重量比為15∶85；減水劑為脂肪族類減水劑。
使用方法：可參照飽和石灰水配火堿滲透注漿法進行滅火，當矸石山自燃的為坡度大于30°的斜坡時，用本發明的滅火材料直接噴注，使燃放的矸石與滅火材料混合沖擊至坡底，自上而下剝離火層，此混合物逐漸形成凝固狀態，溫度降為常溫，火被熄滅，達到散熱降溫的目的，可節約用料和減少投資；對矸石山自燃的頂部和坡度為小于30°的緩坡時，則先用本發明的滅火材料剝開火層后，再人工挖槽，槽可寬1m、深0. 5-1. 5m，呈階梯狀，防止漿體流失，然后滲透注漿，做到滲透均勻，深度超過5m以上，矸石厚度超過20m時，要做到滲透在10m以上；對于強火區，可加大滲透量。滅火機理為赤泥作為主要組分，再加入廢石膏、熟石灰粉后，形成NaOH-Ca(OH)2-CaSO4混合堿液，可以吸收、固定自燃的煤矸石放出的SO2、CO、CO2、H2S等酸性氣體，使得黃鐵礦的氧化反應得以中止，同時，產生大量膠凝狀化合物，與中和反應的生成物共同形成隔離層，起到封閉作用，自燃將逐步熄滅。注漿均勻、不離析，而且漿體流動性大，直接澆注，無需鉆孔，灌注深度可達5米以上，澆注密實，并能夠凝結硬化，將澆注層內的煤矸石形成致密的實體，凝結硬化后不怕風吹雨淋，煤矸石山不易復燃、長期穩定性好、滅火效果好，也可用于預防。