CN101747524B - 一种用于煤岩加固的材料及其制备工艺以及该材料的用途 - Google Patents
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Abstract
一种用于煤岩加固的材料及其制备工艺以及该材料的用途,它以甲阶酚醛树脂、增韧剂、防火聚醚以及甲醇为原料在碱性条件下加热通过共聚缩合形成互穿网络结构的改性酚醛树脂。然后将改性酚醛树脂通过泵与有机酸催化体系混合灌注到破碎的煤岩中固化与煤岩紧密的结合。包括改性酚醛树脂的制备和煤岩加固材料的制备。本发明改性酚醛树脂粘度低,能很好地渗入细小的缝隙,固化后的酚醛材料具有极好的粘合能力,能与地层形成很强的粘度。其良好的柔韧性能承受随后的地层运动,不延燃,提高井下作业安全。不影响煤的可采性,这种材料易刨削和切割,粘结的大块煤也容易破碎。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于加固破碎的煤岩顶板以及加固巷道顶板的煤岩加固材料及其制备工艺以及该材料的用途,尤其涉及一种以改性酚醛树脂为基础原料生产及其现场浇注固化应用于煤岩加固的材料及其制备工艺,以及该材料在煤岩加固中的应用。
背景技术
为了保证矿井安全生产必须对破碎顶板进行超前加固,有效地控制了围岩垮落,目前使用的矿用类化学浆液主要有聚氨酯类浆材、脲醛树脂+丙烯酰胺注浆材料、环氧树脂注浆材料。聚氨酯类浆液遇水膨胀并反应,但在微裂隙岩体中容易堵塞通道导致浆液的扩散半径变小。脲醛树脂+丙烯酰胺浆液实际上是脲醛树脂浆液和丙烯酰胺两种材料的混合体,该浆液中使用了一种2-N亚甲基丙烯酰胺的材料作为辅料,该种材料的单体具有很大的毒性,虽然在国内没有相关水体中毒的报道,但是在相关文献中有因灌浆日本人中毒的报道,在日本该种注浆材料已经被政府禁用。环氧树脂类注浆材料,其粘度较大,在处理岩体微裂隙方面效果并不明显。在经济效益方面,目前聚氨酯化学类浆材市场价格在3万~4万/吨,脲醛树脂+丙烯酰胺注浆材料在2.0~3.0万/吨,环氧树脂注浆材料在4~5万/吨左右。
发明内容
本发明的目的是提供一种以改性酚醛树脂为基础原料生产的新型煤岩加固材料及其制备工艺,以及该材料在煤岩加固中的应用。
为实现上述目的,本发明采用的技术方案为:
一种用于煤岩加固的材料的制备工艺,其特征是包括以下步骤:
(一)改性酚醛树脂的制备
原料按质量份数配比:甲阶酚醛树脂100份、聚乙二醇10~20份、聚丙二醇3~8份、防火聚醚5~10份、甲醇50~80份;
制备改性酚醛树脂的生产工艺为:
(1)按照上述组分依次在反应釜中投料,搅拌使其均匀;
(2)在各组分混合均匀的情况下,加碱把PH值调到8~9,反应温度在60~90度之间;反应1~3小时,停止加热;
(3)加酸中和PH值调到6~7,然后真空脱甲醇,调粘度在25度温度条件下1000~3000mpa.s;
(4)降温至30~50度出料,即得到改性酚醛树脂;
(二)煤岩加固材料的制备
(1)以改性酚醛树脂为基础原料,配以发泡剂、乳化剂、助剂搅拌混合均匀形成可发性改性酚醛树脂,称为A料;其A料的质量份数:改性酚醛树脂100份、发泡剂0~3份、乳化剂2~5份、助剂2~5份;
(2)固化催化剂是有机酸催化体系,称为B料,为甲基磺酸、酚磺酸、苯磺酸、水溶液的混合物;B料的质量份数为:甲基磺酸100份、酚磺酸10~30份、苯磺酸10~40份、水1~80份;
(3)其发泡工艺为:
可发性改性酚醛树脂A料与有机酸催化体系B料,按照体积份数A∶B=2~1∶1,通过浇注机充分搅拌均匀注入煤岩反应固化。
根据所述的用于煤岩加固的材料的制备工艺,其特征是:将质量份数甲阶酚醛树脂100份、聚乙二醇10份、聚丙二醇3份、防火聚醚5份、甲醇50份,在各组分混合均匀的情况下加氢氧化钠把PH值调到8~9条件下,反应温度在70度之间,反应90分钟,停止加热;加草酸中和PH值调到6~7,然后真空脱甲醇调粘度在25度条件下1000mpa.s得到改性酚醛树脂;按照质量份数改性酚醛树脂100份、发泡剂3份、乳化剂2份、助剂2份搅拌均匀形成A料;按照质量份数为甲基磺酸100份、酚磺酸30份、苯磺酸20份、水20份搅拌均匀形成B料;按照体积份数可发性改性酚醛树脂与有机酸催化体系按照A∶B=1∶1的比例通过浇注机充分搅拌均匀浇注。
根据所述的用于煤岩加固的材料的制备工艺,其特征是:将质量份数甲阶酚醛树脂100份、聚乙二醇13份、聚丙二醇3份、防火聚醚6份、甲醇60份,在各组分混合均匀的情况下把PH值调到8~9条件下,反应温度在65度之间,反应150分钟,停止加热;加酸中和PH值调到6~7,然后真空脱甲醇调粘度在25度条件下1500mpa.s得到改性酚醛树脂;按照质量份数改性酚醛树脂100份、发泡剂1份发泡剂为141b、乳化剂2份、助剂2份搅拌均匀形成A料。按照质量份数为甲基磺酸100份、酚磺酸15份、苯磺酸15份、水50份搅拌均匀形成B料;按照体积份数可发性改性酚醛树脂与有机酸催化体系按照A∶B=1∶1的比例通过浇注机充分搅拌均匀发泡。
根据所述的用于煤岩加固的材料的制备工艺,其特征是:将质量份数甲阶酚醛树脂100份、聚乙二醇15份、聚丙二醇5份、防火聚醚5份、甲醇70份,在各组分混合均匀的情况下把PH值调到8~9条件下,反应温度在60度之间,反应150分钟,停止加热;加酸中和PH值调到6~7,然后真空脱甲醇调粘度在25度条件下2000mpa.s得到改性酚醛树脂;按照质量份数改性酚醛树脂100份、发泡剂1份发泡剂为141b、乳化剂2份、助剂2份搅拌均匀形成A料;按照质量份数为甲基磺酸100份、酚磺酸20份、苯磺酸10份、水40份搅拌均匀形成B料;按照体积份数可发性改性酚醛树脂与有机酸催化体系按照A∶B=2∶1的比例通过浇注机充分搅拌均匀发泡。
根据所述的用于煤岩加固的材料的制备工艺,其特征是:将质量份数甲阶酚醛树脂100份、聚乙二醇20份、聚丙二醇8份、防火聚醚10份、甲醇80份,在各组分混合均匀的情况下把PH值调到8~9条件下,反应温度在70度之间,反应180分钟,停止加热;加酸中和PH值调到6~7,然后真空脱甲醇调粘度在25度条件下2500mpa.s得到改性酚醛树脂;按照质量份数改性酚醛树脂100份、发泡剂3份发泡剂为141b、乳化剂2份、助剂5份搅拌均匀形成A料;按照质量份数为甲基磺酸100份、酚磺酸25份、苯磺酸30份、水80份搅拌均匀形成B料;按照体积份数可发性改性酚醛树脂与有机酸催化体系按照A∶B=2∶1的比例通过浇注机充分搅拌均匀发泡。
一种根据5所述制备工艺制备的煤岩加固材料。
一种根据所述制备工艺制备的材料在煤岩加固中的应用。
本发明用于加固破碎的煤岩顶板以及加固巷道顶板,以改性酚醛树脂为基础原料制备而成,具有高度粘合力和机械强度。它是采用以甲阶酚醛树脂、增韧剂、防火聚醚以及甲醇在碱性条件下加热通过共聚缩合形成互穿网络结构的改性酚醛树脂。改性酚醛树脂通过泵与有机酸催化体系混合灌注到破碎的煤岩中固化与煤岩紧密的结合。本发明的优点:改性酚醛树脂粘度低,能很好地渗入细小的缝隙,固化后的酚醛材料具有极好的粘合能力,能与地层形成很强的粘度。其良好的柔韧性能承受随后的地层运动,不延燃,提高井下作业安全。不影响煤的可采性,这种材料易刨削和切割,粘结的大块煤也容易破碎。
本发明用于煤岩加固材料其材料的强度高达40MPa以上,并与煤岩形成很强的粘接强度,加固材料的氧指数高、烟密度低,达到难燃B1级。
本发明用改性酚醛树脂配置的煤岩加固材料具有高度粘合力和很好的机械性能,注射入地层后,低粘度混合物保持液体状态几秒钟,渗透细小的裂缝,发生膨胀和粘结,有效地加固围岩松动圈,使之成为整体,提高了围岩的整体承载能力,从而控制巷道顶板的垮落。同时聚合物防火性能满足中华人民共和国煤炭行业标准MT113-1995《煤矿井下用聚合物制品阻燃抗静电性通用实验方法和判定规格》,本发明最终通过酚醛树脂改性满足了矿井现场施工。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步说明:
本发明以甲阶酚醛树脂、增韧剂、防火聚醚以及甲醇为原料在碱性条件下加热通过共聚缩合形成互穿网络结构的改性酚醛树脂。然后将改性酚醛树脂通过泵与有机酸催化体系混合灌注到破碎的煤岩中固化与煤岩紧密的结合。
本发明包括以下步骤:
一、改性酚醛树脂基础原料的制备
改性酚醛树脂基础原料的制备是采用甲阶酚醛树脂、增韧剂、防火聚醚和甲醇,在碱性条件下加热通过共聚缩合形成互穿网络结构而制成改性酚醛树脂。甲阶酚醛树脂羟甲基浓度高,水分含量低小于2.0%,粘度在300~500mPas,防火聚醚的羟值在200~300。增韧剂主要为聚乙二醇、聚丙二醇。改性酚醛树脂是在甲醇溶剂碱性的条件下聚合而成。
制备改性酚醛树脂的原料配比(按质量份数)为:甲阶酚醛树脂100份、聚乙二醇10~20份、聚丙二醇3~8份、防火聚醚5~10份、甲醇50~80份。
制备改性酚醛树脂的生产工艺为:
1、按照上述组分的比例依次在反应釜中投料,搅拌3~10分钟,优选5分钟,使其均匀。
2、在各组分混合均匀的情况下,加碱把PH值调到8~9,反应温度在60~90度之间。反应1~3小时,停止加热。
3、加酸中和PH值调到6~7,然后真空脱甲醇,调粘度在25度温度条件下1000~3000mpa.s。
4、降温至30~50度出料,即得到改性酚醛树脂。
二、煤岩加固材料的制备
1、以改性酚醛树脂为基础原料配以发泡剂、乳化剂、助剂搅拌混合均匀形成可发性改性酚醛树脂,称为A料。
其A料的质量份数:改性酚醛树脂100份、发泡剂0~3份、乳化剂2~5份、助剂2~5份。发泡剂一般为141b、二氯甲烷等,乳化剂一般为吐温-80等,助剂一般为磷系阻燃剂。
2、固化催化剂是有机酸催化体系,称为B料,一般为甲基磺酸、酚磺酸、苯磺酸、水溶液的混合物。
B料的质量份数为:甲基磺酸100份、酚磺酸10~30份、苯磺酸10~40份、水1~80份。
3、其发泡工艺为:
根据不同的使用要求,可发性改性酚醛树脂(A料)与有机酸催化体系(B料),按照体积份数A∶B=2~1∶1,通过浇注机充分搅拌均匀注入煤岩反应固化。
实施例1:
将质量份数甲阶酚醛树脂100份、聚乙二醇10份、聚丙二醇3份、防火聚醚5份、甲醇50份,在各组分混合均匀的情况下加氢氧化钠把PH值调到8~9条件下,反应温度在70度之间。反应90分钟,停止加热。加草酸中和PH值调到6~7,然后真空脱甲醇调粘度在25度条件下1000mpa.s得到改性酚醛树脂。按照质量份数改性酚醛树脂100份、发泡剂3份(发泡剂为141b)、乳化剂2份、助剂2份搅拌均匀形成A料。按照质量份数为甲基磺酸100份、酚磺酸30份、苯磺酸20份、水20份搅拌均匀形成B料。按照体积份数可发性改性酚醛树脂与有机酸催化体系按照A∶B=1∶1的比例通过浇注机充分搅拌均匀浇注。该实施例发泡倍数适当,膨胀体积为原体积的2倍,泡沫反应迅速,2分钟内固化结束。材料的压缩强度能到40Mpa。
实施例2:
将质量份数甲阶酚醛树脂100份、聚乙二醇13份、聚丙二醇3份、防火聚醚6份、甲醇60份,在各组分混合均匀的情况下把PH值调到8~9条件下,反应温度在65度之间。反应150分钟,停止加热。加酸中和PH值调到6~7,然后真空脱甲醇调粘度在25度条件下1500mpa.s得到改性酚醛树脂。按照质量份数改性酚醛树脂100份、发泡剂1份发泡剂为141b、乳化剂2份、助剂2份搅拌均匀形成A料。按照质量份数为甲基磺酸100份、酚磺酸15份、苯磺酸15份、水50份搅拌均匀形成B料。按照体积份数可发性改性酚醛树脂与有机酸催化体系按照A∶B=1∶1的比例通过浇注机充分搅拌均匀发泡。低发泡倍数,膨胀体积为原体积的2倍,泡沫反应迅速,4分钟内固化结束。
实施例3:
将质量份数甲阶酚醛树脂100份、聚乙二醇15份、聚丙二醇5份、防火聚醚5份、甲醇70份,在各组分混合均匀的情况下把PH值调到8~9条件下,反应温度在60度之间。反应150分钟,停止加热。加酸中和PH值调到6~7,然后真空脱甲醇调粘度在25度条件下2000mpa.s得到改性酚醛树脂。按照质量份数改性酚醛树脂100份、发泡剂1份发泡剂为141b、乳化剂2份、助剂2份搅拌均匀形成A料。按照质量份数为甲基磺酸100份、酚磺酸20份、苯磺酸10份、水40份搅拌均匀形成B料。按照体积份数可发性改性酚醛树脂与有机酸催化体系按照A∶B=2∶1的比例通过浇注机充分搅拌均匀发泡。低发泡倍数,膨胀体积为原体积的3倍,2分钟内固化结束。
实施例4:
将质量份数甲阶酚醛树脂100份、聚乙二醇20份、聚丙二醇8份、防火聚醚10份、甲醇80份,在各组分混合均匀的情况下把PH值调到8~9条件下,反应温度在70度之间。反应180分钟,停止加热。加酸中和PH值调到6~7,然后真空脱甲醇调粘度在25度条件下2500mpa.s得到改性酚醛树脂。按照质量份数改性酚醛树脂100份、发泡剂3份发泡剂为141b、乳化剂2份、助剂5份搅拌均匀形成A料。按照质量份数为甲基磺酸100份、酚磺酸25份、苯磺酸30份、水80份搅拌均匀形成B料。按照体积份数可发性改性酚醛树脂与有机酸催化体系按照A∶B=2∶1的比例通过浇注机充分搅拌均匀发泡。低发泡倍数,膨胀体积为原体积的3倍,固化反应迅速,并在3分钟内硬化。
上面所述的实施例仅是对本发明的优选实施方式进行描述,并非对本发明的构思和保护范围进行限定,在不脱离本发明设计构思的前提下,本领域中普通工程技术人员对本发明的技术方案作出的各种变型和改进,均应落入本发明的保护范围。
Claims (7)
1.一种用于煤岩加固的材料的制备工艺,其特征是包括以下步骤:
(一)改性酚醛树脂的制备
原料按质量份数配比:甲阶酚醛树脂100份、聚乙二醇10~20份、聚丙二醇3~8份、防火聚醚5~10份、甲醇50~80份;
制备改性酚醛树脂的生产工艺为:
(1)按照上述组分依次在反应釜中投料,搅拌使其均匀;
(2)在各组分混合均匀的情况下,加碱把pH值调到8~9,反应温度在60~90度之间;反应1~3小时,停止加热;
(3)加酸中和pH值调到6~7,然后真空脱甲醇,调粘度在25度温度条件下1000~3000mPa·s;
(4)降温至30~50度出料,即得到改性酚醛树脂;
(二)煤岩加固材料的制备
(1)以改性酚醛树脂为基础原料,配以发泡剂、乳化剂、助剂搅拌混合均匀形成可发性改性酚醛树脂,称为A料;其A料的质量份数:改性酚醛树脂100份、发泡剂0~3份、乳化剂2~5份、助剂2~5份;
(2)固化催化剂是有机酸催化体系,称为B料,B料的质量份数为:甲基磺酸100份、酚磺酸10~30份、苯磺酸10~40份、水1~80份;
(3)其发泡工艺为:
可发性改性酚醛树脂A料与有机酸催化体系B料,按照体积份数A∶B=2~1∶1,通过浇注机充分搅拌均匀注入煤岩反应固化。
2.根据权利要求1所述的用于煤岩加固的材料的制备工艺,其特征是:将质量份数甲阶酚醛树脂100份、聚乙二醇10份、聚丙二醇3份、防火聚醚5份、甲醇50份,在各组分混合均匀的情况下加氢氧化钠把pH值调到8~9条件下,反应温度在70度,反应90分钟,停止加热;加草酸中和pH值调到6~7,然后真空脱甲醇调粘度在25度条件下1000mPa·s得到改性酚醛树脂;按照质量份数改性酚醛树脂100份、发泡剂3份发泡剂为141b、乳化剂2份、助剂2份搅拌均匀形成A料;按照质量份数为甲基磺酸100份、酚磺酸30份、苯磺酸20份、水20份搅拌均匀形成B料;按照体积份数可发性改性酚醛树脂与有机酸催化体系按照A∶B=1∶1的比例通过浇注机充分搅拌均匀浇 注。
3.根据权利要求1所述的用于煤岩加固的材料的制备工艺,其特征是:将质量份数甲阶酚醛树脂100份、聚乙二醇13份、聚丙二醇3份、防火聚醚6份、甲醇60份,在各组分混合均匀的情况下把pH值调到8~9条件下,反应温度在65度,反应150分钟,停止加热;加酸中和pH值调到6~7,然后真空脱甲醇调粘度在25度条件下1500mPa·s得到改性酚醛树脂;按照质量份数改性酚醛树脂100份、发泡剂1份发泡剂为141b、乳化剂2份、助剂2份搅拌均匀形成A料;按照质量份数为甲基磺酸100份、酚磺酸15份、苯磺酸15份、水50份搅拌均匀形成B料;按照体积份数可发性改性酚醛树脂与有机酸催化体系按照A∶B=1∶1的比例通过浇注机充分搅拌均匀发泡。
4.根据权利要求1所述的用于煤岩加固的材料的制备工艺,其特征是:将质量份数甲阶酚醛树脂100份、聚乙二醇15份、聚丙二醇5份、防火聚醚5份、甲醇70份,在各组分混合均匀的情况下把pH值调到8~9条件下,反应温度在60度,反应150分钟,停止加热;加酸中和pH值调到6~7,然后真空脱甲醇调粘度在25度条件下2000mPa·s得到改性酚醛树脂;按照质量份数改性酚醛树脂100份、发泡剂1份发泡剂为141b、乳化剂2份、助剂2份搅拌均匀形成A料;按照质量份数为甲基磺酸100份、酚磺酸20份、苯磺酸10份、水40份搅拌均匀形成B料;按照体积份数可发性改性酚醛树脂与有机酸催化体系按照A∶B=2∶1的比例通过浇注机充分搅拌均匀发泡。
5.根据权利要求1所述的用于煤岩加固的材料的制备工艺,其特征是:将质量份数甲阶酚醛树脂100份、聚乙二醇20份、聚丙二醇8份、防火聚醚10份、甲醇80份,在各组分混合均匀的情况下把pH值调到8~9条件下,反应温度在70度,反应180分钟,停止加热;加酸中和pH值调到6~7,然后真空脱甲醇调粘度在25度条件下2500mPa·s得到改性酚醛树脂;按照质量份数改性酚醛树脂100份、发泡剂3份发泡剂为141b、乳化剂2份、助剂5份搅拌均匀形成A料;按照质量份数为甲基磺酸100份、酚磺酸25份、苯磺酸30份、水80份搅拌均匀形成B料;按照体积份数可发性改性酚醛树脂与有机酸催化体系按照A∶B=2∶1的比例通过浇注机充分搅拌均匀发泡。
6.一种根据权利要求1、2、3、4或5所述制备工艺制备的煤岩加固材料。
7.一种根据权利要求1、2、3、4或5所述制备工艺制备的材料在煤岩加固中的应用。
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