CN102702675A - 一种煤矿用化学注浆充填密封材料及其制备方法、使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种煤矿用化学注浆充填材料，包括A、B两个组分，所述A组分以酚醛树脂为主剂，配以助剂，所述助剂包括发泡剂、泡沫稳定剂、阻燃剂、特种助剂等中的一种和/或一种以上的混合物；所述B组分为固化剂；所述A、B组分按照一定组成比例混合后形成发泡材料。本发明的煤矿用化学注浆充填材料室温即可发泡，不产生污染环境的气体，发泡倍率高、安全无污染、阻燃抗静电性好，且生产工艺简单，产品质量易于控制，特别适合煤矿矿井充填使用。

Description

一种煤矿用化学注浆充填密封材料及其制备方法、使用方法

技术领域

本发明涉及化学注浆材料，尤其涉及一种煤矿用化学注浆充填材料，属于化学材料领域。

背景技术

我国煤炭储量大，地质条件复杂，煤层状况复杂，安全问题十分突出，生产效率普遍还比较低。我国煤矿主要是井工开采，需要在地下开掘规模巨大的巷道，由于我国的煤矿沉积岩层呈现强度低、破碎、地应力高；护巷煤柱小，动压影响强烈等特点，其中巷道支护、工作面煤壁加固、巷道加固、巷道高冒区充填、堵水、防灭火、采空区密闭等相关安全材料等是直接影响矿井安全、产量与效益的关键技术。

注浆材料从最初的石灰和黏土、水泥，发展到水泥-水玻璃、各种化学注浆材料、超细水泥注浆材料。传统的无机材料作为充填密封材料使用存在着施工效率低、注浆困难、不发泡导致填充用量大等缺点，而化学注浆材料作为充填密封材料使用的，目前市场上只有聚氨酯、脲醛树脂、酚醛树脂、改性水玻璃等几种。

尽管聚氨酯充填材料具有发泡倍率高、充填用量少、遇水发泡等优点，但在煤矿中使用存在价格较贵、应用成本高、阻燃性差等致命缺陷。而脲醛树脂充填材料虽然粘度小，施工方便，发泡倍率高，力学性能较好，但是脲醛树脂原料单体含量高，挥发性大，污染环境，在当今愈来愈重视环保的前提下，应用将受到影响。虽然酚醛树脂充填材料粘度小，施工方便，发泡倍率高，单体含量少，阻燃，抗静电等优点，但大多采用卤代烃作为发泡剂，对环境造成污染，限制其应用。水玻璃作为充填材料使用，价格低廉，发泡倍率低，力学性能较差，也限制了它的应用。

因此，本领域存在需要开发一种安全、不污染环境、价格低廉、施工性能良好的充填材料的迫切需求。

发明内容

针对现有技术的缺陷，本申请发明人通过大量试验提供了一种价格低廉、安全环保、方便施工的煤矿用化学注浆材料，相应的本发明还公开其制备方法和使用方法。

为实现上述目的，本发明是通过下述技术方案实现的：

一种煤矿用化学注浆充填材料，包括A、B两个组分，所述A组分以酚醛树脂为主剂，配以助剂，所述助剂包括发泡剂、泡沫稳定剂、阻燃剂、特种助剂等中的一种和/或一种以上的混合物；所述B组分为固化剂。

其中，所述A、B组分按照一定组成比例混合后形成发泡材料，以重量份计含有如下组分：

在本发明中，所述酚醛树脂是由酚与醛在碱性条件下合成的甲阶酚醛树脂；其中合成树脂所用的酚类选自苯酚、甲酚、二甲酚、双酚A等中的一种和/或一种以上的混合物，优选苯酚，合成树脂所用的醛类选自甲醛、乙醛、多聚甲醛、糠醛等中的一种和/或一种以上的混合物，优选甲醛。

在本发明中，所述的发泡剂为化学发泡剂，是能与固化剂反应产生气体、或者加热能分解产生气体的物质，选自碳酸盐类和偶氮类发泡剂中的一种和/或一种以上的混合物，优选的是碳酸钠、偶氮二异丁氰等中一种和/或一种以上的混合物。

在本发明中，所述泡沫稳定剂为表面活性剂，包括阳离子表面活性剂，阴离子表面活性剂、非离子表面活性剂等中的一种和/或一种以上的混合物。以上所述的几种表面活性剂为化学化工手册广泛记载，本发明中可任选的采用任意一种上述所述的表面活性剂。

在本发明中，所述特种助剂为流变助剂、分散剂和增韧剂等中的一种和/或一种以上的混合物。其中所述分散剂为亲油性或亲水性界面活性剂，优选海明斯德谦903、904、912、923、926、931等中的一种和/或一种以上的混合物；所述流变助剂是经特殊加工的蒙脱石粘土类增稠剂，粒径细微，易于分散在水中，优选海明斯德谦201、202、211F、908、275等中的一种和/或一种以上的混合物；所述增韧剂为低分子量聚合物，优选聚醚多元醇、聚酯多元醇、聚乙烯醇等中的一种和/或一种以上的混合物。

在本发明中，所述阻燃剂选自磷系阻燃剂、卤系阻燃剂和氮系阻燃剂等中的一种和/或一种以上的混合物，其中所述磷系阻燃剂包括TCEP、TCPP、磷酸三苯酯等；所述卤系阻燃剂包括有机氯化物和有机溴化物，如氯化石蜡；所述氮系阻燃剂包括蜜胺及其衍生物和相关的杂环化合物，如三聚氰胺、三聚氰胺磷酸盐等。

在本发明中，所述固化剂为酸性固化剂，包括有机酸或/和无机酸的混合物，优选的是有机酸和无机酸组合使用，所述有机酸含量为固化剂的50％～80％；所述无机酸含量为固化剂的20～50％。其中有机酸包括有机羧酸或有机磺酸，如醋酸、苯甲酸、对羟基苯磺酸、邻羟基苯磺酸中的一种和/或一种以上的混合物，优选磺酸；无机酸包括盐酸、硫酸、磷酸中的一种和/或一种以上的混合物，优选硫酸和磷酸。

进一步的，本发明公开了所述煤矿用化学注浆充填材料的制备方法，包括：

A组分的制备方法：按照配比，取部分酚醛树脂加入到拉缸中，启动搅拌，加入添加剂，搅拌后加入发泡剂，高速分散，得预分散浆料；将剩下的酚醛树脂加入到反应釜中，启动搅拌，加入所得预分散浆料，搅拌再加入泡沫稳定剂，继续搅拌，下料口放出，检验，灌装密封，得A组分。

优选的，A组分的制备方法采用下述时间和条件：

按照配比取部分酚醛树脂加入到拉缸中，启动搅拌，加入添加剂，搅拌2小时后，加入发泡剂，高速分散30分钟，得预分散浆料；将剩下的酚醛树脂加入到反应釜中，启动搅拌，加入所得预分散浆料，搅拌1小时，再加入泡沫稳定剂，继续搅拌半小时，下料口放出，检验，灌装密封，得A组分。

B组分的制备方法：在耐酸反应釜中按配方加入固化剂，开启搅拌和冷却系统，冷却后，下料口放出，检验，灌装密封，得B组分。

优选的，B组分采用下述的制备方法：

耐酸反应釜中按配方加入有机酸，开启搅拌和冷却系统，缓慢滴加无机酸；冷却后，下料口放出，检验，灌装密封，得B组分。

相应的，本发明还公开了所述煤矿用化学注浆充填材料的使用方法，使用时将A、B两组分按照一定比例用专用注浆泵注浆。本发明所述的煤矿用化学注浆充填材料通常由受过专业培训的人员且有专业施工设备的施工队伍采用专用化学注浆泵进行注浆施工。

本发明公开的煤矿用化学注浆充填材料，可以广泛应用于多种不同环境，例如井下巷道、工作面等冒顶区的充填密封；采空区或其他废矿空穴的充填密封；工作面上下隅角通风密闭墙构筑；封堵煤岩体裂缝，防止漏风等。

本发明的煤矿用化学注浆充填材料室温即可发泡，不产生污染环境的气体，发泡倍率高、安全无污染、阻燃抗静电性好，且生产工艺简单，产品质量易于控制，特别适合煤矿矿井充填使用。

具体实施方式

结合具体的实施例可以更好的理解本发明的发明实质。在下述实施例中，所涉及的原料均有市售。

本发明的煤矿用化学注浆充填材料，由酚醛树脂、固化剂、发泡剂、泡沫稳定剂、阻燃剂以及特种助剂等组成，根据应用的环境条件及要求，通过调整发明的配方，可获得所需要的性能。

在下述中，所述添加剂作为所述多种助剂的总称；下述的各种成分在满足所给量要求的基础上，可以从发明内容中所述组分任意选择，本领域技术人员可以理解，最合适的是其中的优选成分。

实施例1

A组分

B组分

固化剂1    65

固化剂2    15

固化剂3    20

其中，酚醛树脂为苯酚甲醛树脂、发泡剂为偶氮二异丁氰、泡沫稳定剂为阴离子表面活性剂、特种助剂为海明斯德谦903、201、聚酯多元醇的混合物。

其中，固化剂1为苯甲酸、固化剂2为对羟基苯磺酸、固化剂3为磷酸。

其中，A组分制备工艺步骤：

1)按照配比取部分酚醛树脂加入到拉缸中，启动搅拌，加入添加剂，搅拌2小时后，加入发泡剂，高速分散30分钟，得预分散浆料。

2)将剩下的酚醛树脂加入到反应釜中，启动搅拌，加入1中所得预分散浆料，搅拌1小时，再加入泡沫稳定剂，继续搅拌半小时，下料口放出，检验，灌装密封，得A组分。

其中，B组分制备工艺步骤：

1)按配比将固化剂1加入到搪瓷反应釜中，开启搅拌、冷却系统，加入固化剂2，待冷却后，缓慢滴加固化剂3，温度不超过70℃。

2)冷却后，下料口出料，检验，灌装密封保存。

使用时将A、B两组分用专业注浆泵注浆，室温即可发泡，得到高抗压充填材料。

实施例2

A组分：

B组分

固化剂1    65

固化剂2    15

固化剂3    20

其中，酚醛树脂为甲酚乙醛树脂、发泡剂为碳酸钠、泡沫稳定剂为非离子表面活性剂、特种助剂为海明斯德谦912、908、聚醚多元醇的混合物。

其中，固化剂1为对羟基苯磺酸、固化剂2为醋酸、固化剂3为硫酸。使用时将A、B两组分用专业注浆泵注浆，室温即可发泡，得到高发泡倍率充填材料。

实施例3

A组分：

B组分

固化剂1    55

固化剂2    25

固化剂3    20

其中，酚醛树脂为苯酚多聚甲醛树脂、发泡剂为碳酸钠和偶氮二异丁氰的混合物、泡沫稳定剂为阳离子表面活性剂、特种助剂为海明斯德谦923、275、聚乙烯醇的混合物、阻燃剂为磷酸三苯酯。

其中，固化剂1为邻羟基苯磺酸、固化剂2为苯甲酸、固化剂3为硫酸。

使用时将A、B两组分用专业注浆泵注浆，室温即可发泡，得到高阻燃性能充填材料。

实施例4：

A组分

B组分

固化剂1    60

固化剂2    25

固化剂3    15

其中，酚醛树脂为苯酚甲醛树脂、发泡剂为偶氮二异丁氰的混合物、泡沫稳定剂为非离子表面活性剂、特种助剂为海明斯德谦923、聚酯多元醇的混合物、阻燃剂为TCEP和氯化石蜡的混合物。

其中，固化剂1为邻羟基苯磺酸、固化剂2为对羟基苯磺酸、固化剂3为硫酸和磷酸的混合物。

使用时将A、B两组分用专业注浆泵注浆，室温即可发泡，得到高发泡倍率、高阻燃性能充填材料。

本发明申请人对上述四个实施例所得材料的性能进行了试验检测，所得结果如下表1所示：

表1

以上所述，仅是本发明的较佳实例而已，并非对本发明作任何形式上的限制。凡是依据本发明的技术实质对以上实施例作任何简单修改，等同变化和修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (10)

1.一种煤矿用化学注浆充填材料，包括A、B两个组分，其特征在于所述A组分以酚醛树脂为主剂，配以助剂，所述助剂包括发泡剂、泡沫稳定剂、阻燃剂、特种助剂等中的一种和/或一种以上的混合物；所述B组分为固化剂；所述A、B组分按照一定组成比例混合后形成发泡材料，以重量份计含有如下组分：

2.根据权利要求1所述的煤矿用化学注浆充填材料，其特征在于所述酚醛树脂是由酚与醛在碱性条件下合成的甲阶酚醛树脂；其中合成树脂所用的酚类选自苯酚、甲酚、二甲酚、双酚A等中的一种和/或一种以上的混合物，合成树脂所用的醛类选自甲醛、乙醛、多聚甲醛、糠醛等中的一种和/或一种以上的混合物。

3.根据权利要求1所述的煤矿用化学注浆充填材料，其特征在于所述发泡剂为化学发泡剂，选自碳酸盐类和偶氮类发泡剂中的一种和/或一种以上的混合物。

4.根据权利要求1所述的煤矿用化学注浆充填材料，其特征在于所述泡沫稳定剂为表面活性剂，包括阳离子表面活性剂，阴离子表面活性剂、非离子便面活性剂等中的一种和/或一种以上的混合物。

5.根据权利要求1所述的煤矿用化学注浆充填材料，其特征在于所述特种助剂为流平助剂、分散剂和增韧剂等中的一种和/或一种以上的混合物。

6.根据权利要求1所述的煤矿用化学注浆充填材料，其特征在于所述阻燃剂选自磷系阻燃剂、卤系阻燃剂和氮系阻燃剂等中的一种和/或一种以上的混合物。

7.根据权利要求1所述的煤矿用化学注浆充填材料，其特征在于所述固化剂为酸性固化剂，包括有机酸或/和无机酸的混合物。

8.根据权利要求7所述的煤矿用化学注浆充填材料，其特征在于所述有机 酸包括有机磺酸、有机羧酸中的一种或多种，含量为固化剂的50％～80％；所述无机酸包括盐酸、磷酸、硫酸中的一种或多种，含量为固化剂的20～50％。

9.权利要求1-8任一权利要求所述的煤矿用化学注浆充填材料的制备方法，其特征在于：

A组分的制备方法：按照配比取部分酚醛树脂加入到拉缸中，启动搅拌，加入添加剂，搅拌2小时后，加入发泡剂，高速分散30分钟，得预分散浆料；将剩下的酚醛树脂加入到反应釜中，启动搅拌，加入所得预分散浆料，搅拌1小时，再加入泡沫稳定剂，继续搅拌半小时，下料口放出，检验，灌装密封，得A组分。

B组分的制备方法：耐酸反应釜中按配方加入有机酸，开启搅拌和冷却系统，缓慢滴加无机酸；冷却后，下料口放出，检验，灌装密封，得B组分。

10.权利要求1-8任一权利要求所述的煤矿用化学注浆充填材料的使用方法，其特征在于：将上述物料按一定的工艺制成A、B组分，A、B组分按比例用专用注浆泵注浆，室温即可发泡。