CN103333458A - 煤岩体加固用改性酚醛树脂注浆材料及制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种煤岩体加固用改性酚醛树脂注浆材料和制备方法，解决了现有材料加固效果不理想的问题，其特征在于用苯酚、甲醛、氢氧化钡、尿素、草酸制备A组分，用苯酚磺酸、磷酸、对甲苯磺酸制备B组分，再按照A组分∶B组分=1～4∶1的重量比混合。本发明材料粘度低，流动性极佳，完全可以渗透到极细的裂隙中，固化时间现场可调，发热量低于市场同类材料25⁰C以上，具有良好的难燃性；原材料完全国产化，产权自主，不存在任何技术壁垒；可操作性强、粘度小、渗透性强、操作简单。

Description

煤岩体加固用改性酚醛树脂注浆材料及制备方法

技术领域

本发明涉及一种化学材料，更确切地说涉及煤岩体加固用的改性酚醛树脂注浆材料。

背景技术

在煤矿生产过程中，由于地质的变化，煤岩层断裂和破碎，以及在开采过程中产生压力造成的滑坡和塌陷，极大地影响了企业的生产效率和矿工的生命安全。

在上世纪，煤矿井下用加固材料，主要用水泥浆注入来作为煤岩体的超前加固支护，但水泥浆加固固化时间太长，完全固化需要一个星期左右，大大降低了生产效率，已取消使用。

进入本世纪初，我国从国外引进聚氨酯材料进行超前加固支护。聚氨酯的引用，缩短了固化时间，完全固化只需一个小时左右，提高了煤碳的生产效率。

但在聚氨脂材料在提前加固支护的同时，由于本身的特性，也给煤矿生产造成了严重的安全问题，聚氨酯材料是易燃性材料，在聚合的情况之下，反应温度又很高，300ml双组分聚合体的达120⁰C以上，最主要的是随着聚合体体积的增加，内部温度成正比例提高。由于煤岩层的不可视性，当煤岩层内部空间大到可以使聚氨酯可以承受的燃点时，聚氨酯本身就会发生自燃，从而形成火灾，因此在国内，火灾和人身伤亡在施工过程中时有发生。

在含水丰富的煤岩层，聚氨酯往往就失去了加固的效果，因为聚氨酯材料对水的反应十分强烈，具体表现在遇水急骤膨胀，百分之一的水和百分之九十九的聚氨酯材料聚合体积膨胀不低于原体积的五倍，体积的增大，压力随之变小，从而失去了加固的效果。

由于国内的技术原因，我们还不能完全生产聚氨酯材料，聚氨酯中两组分材料中的一组分完全依赖进口，这也给现场施工造成了难度，当自己生产完另外一组分后，再无法完全对聚氨酯的固化时间进行有效的调整。也就是只可以提高缩短固化时间，不能降慢延长固化时间，这对加固效果十分重要，因为中国煤炭分布广阔，从而造成每个地区井下温度差别很大。如太原地区井下温度在6—15⁰C左右，而淮河流域井下温度在25⁰C—30⁰C；每个矿井因深度不同，温度也有差别，同一种材料，因为不同的温度，固化时间就不同，这就影响了本身的渗透性，渗透性能差就影响了加固的效果，再加上聚氨酯A、B两组分材料的粘度普遍在300mpa﹒s／25⁰C以上，流动性本身就不太好，还有聚氨酯的聚合体的柔性也是它的一大特点，在高压下形变可达40%以上，而片邦、冒顶、塌陷问题都是本身的空间产生的，因为没有空间，物体就无法产生移动，正是由于这个特性，影响了加固的效果，在施工过程中片邦冒顶时有发生。

发明内容

本发明的目的在于提供一种煤岩体加固用改性酚醛树脂注浆材料，利用酚醛树脂的难燃性，通过改性提高了强度，兼顾了水泥材料加固的优点，本身的不燃性及不变形和聚氨酯的快速固化的优点，且生产原料全部国产化，可操作性强、粘度小、渗透性强、操作简单、没有安全隐患，还是世界公认的环保材料，完全可以满足煤矿加固材料的使用和环保要求。

本发明同时还提供了一种煤岩体加固用改性酚醛树脂注浆材料的制备方法，设备简单，生产周期短，不影响环境和工人的身体健康。

本发明所述的煤岩体加固用改性酚醛树脂注浆材料，其特征在于由A、B两组分混合制成，按重量比A组分：B组分=1～4：1；

其中，A组分原料按重量份数计，由下述原料制成：

苯酚20—40份，甲醛50—70份，氢氧化钡3—6份，尿素2—6份，草酸1—1.5份；

B组分原料按重量份数计，由下述原料制成：

苯酚磺酸40—80份，磷酸10—40份，对甲苯磺酸10—20份。

所述A组分中所需原料均为市售产品，苯酚含量99%以上、甲醛含量37±1%、氢氧化钡为8水氢氧化钡、草酸含量≥ 99.6%、尿素氮含量47±1％；

所述B组分中所需原料均为市售产品，苯酚磺酸含量65±2%、磷酸含量80±2%、对甲苯磺酸含量80±2%。

本发明所述的煤岩体加固用改性酚醛树脂注浆材料的制备方法，其特征在于分别制备A组分、B组分，再按照A组分：B组分=1～4：1的重量比混合；

所述的A组分的制备方法包括以下具体步骤：将甲醛、苯酚投入反应釜中，加入氢氧化钡，开动搅拌，转速60转／分钟，升温至40⁰C停止加温，当温度升至80⁰C时保温反应，当反应物的乳化点达到15—25ml时加入草酸中和，当PH达到7—8时再加入尿素脱水，当粘度达到60—100mpa﹒s（25⁰C）时抽样检测，合格后放料密封包装；

所述的B组分的制备方法包括以下具体步骤：将磷酸、苯醛磺酸对甲苯磺酸放入搅拌罐，搅拌30分钟，当粘度达到10—25mpa﹒s（25⁰C）时抽样检测，合格后出料密封包装。

本发明煤岩体加固用改性酚醛树脂注浆材料在使用时，可根据不同的加固效果，按重量比A：B=1：1，或2：1，或3：1，或4：1混合，用气动双液注浆泵注入煤岩裂隙中固化即可。

本发明与现有技术相比具有以下有益效果：

材料粘度低，A组分60—100mpa﹒s（25⁰C），B组分10—25 mpa﹒s（25⁰C），流动性极佳，完全可以渗透到极细的裂隙中，固化时间现场可调，发热量低于市场同类材料25⁰C以上，本身是世界上公认的环保型材料，具有良好的难燃性，可做灭火材料，不变形；原材料完全国产化，产权自主，不存在任何技术壁垒；可操作性强、粘度小、渗透性强、操作简单。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步说明。

 实施例1：

A组分制备

将准确计量的甲醛60份、苯酚30份、氢氧化钡3份投入反应釜中，加温到40⁰C停温，自动升温到80⁰C保温，每隔半小时取样检测，当乳化点到15—25ml之间时，加入草酸1.0份中和，PH在7—8之间时加入6份尿素后脱水，每隔半小时取样检测，当粘度在60—100 mpa﹒s／25⁰C时，取样检测合格后放料密封包装。

B组分制备

将准确计量的苯酚磺酸40份、磷酸40份、对甲苯磺酸20份投入搅拌罐中，搅拌30分钟取样检测，合格后放料密封存放。

检测产品指标如下：

粘度25⁰C         A组分90 mpa﹒s        B组分25 mpa﹒s

比重            A组分1.20kg/cm³        B组分1.21 kg/cm³

固化时间         75秒

膨胀倍数         1

内部反应温度     78⁰C

燃烧性能         难燃级

氧指数           47.5

压强             26mpa

使用时按照A组分：B组分重量比1：1，搅拌混合成聚合体，用双液气动注浆泵注入破碎煤岩层即可。

实施例2

A组分制备

将准确计量的甲醛63份、苯酚27份、氢氧化钡6份投入釜入中，加温到40⁰C，停止加温，自动升温到80⁰C保温，每隔30分钟取样检测。当乳化点达到15—25ml之间，加入草酸1.2份中和，PH值在7—8之间时加入2.8份尿素后脱水，每隔30分钟取样检测，当粘度60—100 mpa﹒s／25⁰C时，取样检测合格后放料密封保存。

B组分制备

将准确计量的苯酚磺酸50份、磷酸30份，对甲苯磺酸20份投入搅拌罐中，搅拌30分钟取样检测，合格后密封保存。

检测产品指标如下：

粘度25⁰C         A组分95 mpa﹒s        B组分25 mpa﹒s

比重             A组分1.18 kg/cm³       B组分1.21 kg/cm³

固化时间         75秒          中心反应温度78⁰C

膨胀倍数         1

抗压强度         42 mpa﹒s

燃烧性能         难燃级

氧指数           45

使用时按照A组分：B组分重量比2：1，搅拌混合成聚合体，用注浆泵注入破碎煤岩层即可。

实施例3

A组分制备

将准确计量的甲醛68份、苯酚22份、氢氧化钡5份投入反应釜入中，加温到40⁰C停止加温，自动升温至80⁰C保温，每隔30分钟取样检测。当乳化点达到15—25ml之间，加入草酸1.4份中和，PH值在7—8之间时加入3.6份尿素后脱水，每隔30分钟取样检测，当粘度60—100 mpa﹒s时，取样检测合格后密封包装。

B组分制备

将准确计量的苯酚磺酸60份、磷酸20份，对甲苯磺酸20份投入搅拌罐中，搅拌 30分钟取样检测，合格后密封保存。

检测产品指标如下：

粘度25⁰C         A组分98 mpa﹒s        B组分20mpa﹒s

比重             A组分1.15 kg/cm³       B组分1.20 kg/cm³

固化时间         75s         中心反应温度77⁰C

膨胀倍数         1

压强            62 mpa﹒s

燃烧性能         难燃级

氧指数           47.5

使用时按照A组分：B组分3：1的重量比，搅拌混合成聚合体，用注浆泵注入破碎煤岩层即可。

实施例4

A组分制备

将准确计量的甲醛51份、苯酚38份、氢氧化钡4份投入反应釜入中，加温到40⁰C时停止加温，自动升温至80⁰C保温，每隔30分钟取样检测。当乳化点达到15—25ml之间，加入草酸1.5份中和，PH值达到7—8之间时加入5.5份尿素后脱水，每隔30分钟取样检测，当粘度60—100 mpa﹒s时，取样检测合格后密封保存。

B组分制备

将准确计量的苯酚磺酸80份、磷酸10份、对甲苯磺酸10份投入搅拌罐中搅拌 30分钟，取样检测，合格后密封保存。

检测产品指标如下：

粘度25⁰C         A组分99mpa﹒s       B组分25 mpa﹒s

比重             A组分1.13 kg/cm³       B组分1.23 kg/cm³

固化时间         75s         

膨胀倍数         1

压强            74 mpa﹒s

燃烧性能         难燃级

氧指数           47.5

中心反应温度     78⁰C

使用时按照A组分：B组分4：1的重量比，搅拌混合成聚合体，用注浆泵注入破碎煤岩层即可。

Claims (2)

1.一种煤岩体加固用改性酚醛树脂注浆材料，其特征在于由A、B两组分混合制成，按重量比A组分：B组分=1～4：1；

其中，A组分原料按重量份数计，由下述原料制成：

苯酚20—40份，甲醛50—70份，氢氧化钡3—6份，尿素2—6份，草酸1—1.5份；

B组分原料按重量份数计，由下述原料制成：

苯酚磺酸40—80份，磷酸10—40份，对甲苯磺酸10—20份。

2.一种煤岩体加固用改性酚醛树脂注浆材料的制备方法，其特征在于分别制备A组分、B组分，再按照A组分：B组分=1～4：1的重量比混合；

所述的A组分的制备方法包括以下具体步骤：将甲醛、苯酚投入反应釜中，加入氢氧化钡，开动搅拌（60转／分钟），升温至40⁰C停止加温，当温度升至80⁰C时保温反应，当反应物的乳化点达到15—25ml时加入草酸中和，当PH达到7—8时再加入尿素脱水，当粘度达到60—100mpa﹒s（25⁰C）时抽样检测，合格后放料密封包装；

所述的B组分的制备方法包括以下具体步骤：将磷酸、苯醛磺酸对甲苯磺酸放入搅拌罐，搅拌30分钟，当粘度达到10—25mpa﹒s（25⁰C）时抽样检测，合格后出料密封包装。