CN103626435A - 一种煤岩体用无机充填密闭材料 - Google Patents

一种煤岩体用无机充填密闭材料 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种煤岩体用无机充填密闭材料。所述煤岩体用无机充填密闭材料为无机粉体材料,通过加入无机粉体材料总质量40-60%的水,混合搅拌均匀,即可得到现场使用的用于煤岩体充填的密闭材料。每100重量份煤岩体用无机充填密闭材料由36.8-69.1重量份水泥、6.7-15.9重量份早强剂、1.2-3.2重量份发泡剂、2.5-21.6重量份减水剂、8.7-18.1重量份速凝剂和6.4-9.8重量份稳泡剂构成。本发明所述的煤岩体用无机充填密闭材料,具有强度增长快,不开裂,密封性强;无毒无污染,阻燃安全,膨胀倍数高,渗透性强;尤其膨胀倍数高达10倍以上,反应速度快,是用于煤岩体充填的优良密闭材料。

Description

一种煤岩体用无机充填密闭材料
技术领域
本发明涉及一种煤岩体用无机充填密闭材料,具体而言,属于一种矿用密封材料。
背景技术
瓦斯超限引起的瓦斯爆炸产生的有毒有害气体、高温火焰、以及高压气体形成的冲击波,不仅造成大量人员伤亡,严重还会摧毁井巷等设施。治理瓦斯超限最有效的措施是进行瓦斯抽放。瓦斯抽放的技术很多,如底板穿层钻孔瓦斯抽放技术、高位瓦斯抽放巷道抽放技术和高位钻孔瓦斯抽放技术等,但各种瓦斯抽采技术在高瓦斯及突出矿井应用后,遗留了大量的钻场,如果不对这些钻场进行充填,很容易造成瓦斯积聚同时也可能引起煤炭自然发火,形成安全隐患。因此,困扰煤矿安全生产的主要安全问题之一,是密闭墙的构建和破碎煤岩体的密闭以及采空区充填等难题。
另外在采煤工作面的上隅角、采空区及废弃的井巷等空硐,也存在上述问题,采取一定的充填封闭措施,可以有效地防治井下瓦斯积聚以及煤炭自燃。
对于井下空穴填充,上下隅角封堵,防瓦斯密闭墙的填充制作等需要,传统技术普遍存在效率低下、费工费时等问题。常用的充填方式有:水泥浆充填、木垛充填、煤炭充填、有机材料充填和凝胶充填等,水泥浆充填使用普遍且效果好,但建设周期长,劳动强度大;而木垛充填和煤炭充填又存在充填不严实、浪费能源等缺点;凝胶和有机材料充填时效期短、价格昂贵,且材料本身可燃、反应发热量大,使用较谨慎。
市场上的酚醛类新型高分子发泡填充材料,虽然能够较好解决问题,但其材料价格高、使用成本不经济,限制了其广泛使用。
有鉴于此,开发新的无机充填材料,用来充填煤矿井下钻场、上隅角等空硐,对井下支护和空穴空洞等位置,进行快捷高效经济的密封处理,实为迫切需要。
发明内容
本发明提供了一种煤岩体用无机充填密闭材料。
所述煤岩体用无机充填密闭材料为无机粉体材料,通过加入无机粉体材料总质量40-60%的水,混合搅拌均匀,即可得到现场使用的用于煤岩体充填的密闭材料。
所述煤岩体用无机充填密闭材料由水泥、早强剂、发泡剂、减水剂、速凝剂和稳泡剂构成。每100重量份煤岩体用无机充填密闭材料中,各组分含量比例为:
水泥:36.8-69.1重量份
早强剂:6.7-15.9重量份
发泡剂:1.2-3.2重量份
减水剂:2.5-21.6重量份
速凝剂:8.7-18.1重量份
稳泡剂:6.4-9.8重量份。
上述组成,以井下特殊环境为主要考虑因素,结合部分无需承压的实际情况,整合水泥的耐火性好、反应快速效率较高、泡沫尺寸稳定性优良、环保无污染等特殊优势,提供了力学性能较好,阻燃性高、发泡倍数高的密闭填充材料。
本发明所述的重量份可以是吨、Kg、斤等常用的重量/质量单位。
水泥,粉状水硬性无机胶凝材料,加水搅拌成浆体后能在空气或水中硬化,用以将砂、石等散粒材料胶结成砂浆或混凝土。
在本发明所述煤岩体用无机充填密闭材料中,水泥是主体成分,是充填结构的支持部分。其可以选自快硬与高强硅酸盐水泥、快硬硫铝酸盐和铁铝酸盐水泥、氟铝酸盐快硬水泥、硫铝酸钡钙水泥、磷铝酸盐水泥、阿利尼特水泥和明矾石高强水泥中的一种或几种混合。
优选使用硅酸盐325水泥、高矾土水泥、硅酸盐425水泥、超高强度硫铝酸盐水泥。这些水泥的颗粒平均粒径优选0.04mm,比表面积优选大于300m2/Kg。
每100重量份煤岩体用无机充填密闭材料中,水泥优选为51.9-59.8重量份。
早强剂选自以下物质中的一种或几种:
氯化钙、氯化钠、氯化铝、钠、硫酸钾、硫酸钙、亚硝酸钙、硝酸钙、尿素、硝酸钙/尿素、亚硝酸钙/硝酸钙/尿素、亚硝酸钙/硝酸钙/氯化钙、亚硝酸钙/硝酸钙/氯化钙/尿酸、三乙醇胺、甲酸钙、乙酸和乙酸盐。优选使用亚硝酸钙、硝酸钙或尿素。
每100重量份煤岩体用无机充填密闭材料中,早强剂优选为9.4-12.3重量份。
发泡剂对本发明所述煤岩体用无机充填密闭材料有重要作用,是充填密封效果实现的重要条件。可使用偶氮二甲酰胺、偶氮二异丁腈(简称ABN或ABIN)、偶氮二羧酸钡、N,N′-二亚硝基五次甲基四胺(发泡剂DPT)、N,N′-二亚硝基对苯二甲酰胺(简称NTA)、对甲苯磺酰肼(简称发泡剂TSH)、苯基磺酰肼(简称BSH)、4,4’-对磺酰肼二苯醚(简称OBSH)和碳酸氢钠中的一种或几种。
发泡剂优选偶氮二异丁腈和N,N′-二亚硝基五次甲基四胺。
每100重量份煤岩体用无机充填密闭材料中,发泡剂优选为1.9-2.7重量份。
减水剂是指在混凝土和易性及水泥用量不变条件下,能减少拌合用水量、提高混凝土强度;或在和易性及强度不变条件下,节约水泥用量的外加剂。
本发明所用减水剂选自以下物质中的一种或几种:
木质素磺酸钠盐减水剂、萘系高效减水剂、脂肪族高效减水剂、氨基高高效减水剂和聚羧酸高效减水剂。优选木质素磺酸钠盐减水剂、氨基高高效减水剂或聚羧酸高效减水剂。
每100重量份煤岩体用无机充填密闭材料中,减水剂优选为8.3-12.1重量份。
速凝剂选自8880型水泥速凝剂或782速凝剂。每100重量份煤岩体用无机充填密闭材料中,速凝剂优选为11.1-14.6重量份。
稳定剂选自以下物质中的一种或几种混合:
十二烷基硫酸钠(K12)、脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠(AES)、聚丙烯酰胺、聚乙烯醇、蛋白、多肽、淀粉和纤维素。优选聚乙烯醇或聚丙烯酰胺。每100重量份煤岩体用无机充填密闭材料中,稳定剂优选为7.2-8.7重量份。
本发明所述的煤岩体用无机充填密闭材料,具有强度增长快,不开裂,密封性强;无毒无污染,阻燃安全,膨胀倍数高,渗透性强;尤其膨胀倍数高达10倍以上,反应速度快,是用于煤岩体充填的优良密闭材料。
具体实施方式
实施例1
备料:
1)硅酸盐325水泥69.1Kg,
2)亚硝酸钙6.7Kg,
3)N,N′-二亚硝基五次甲基四胺(发泡剂DPT)3.2Kg,
4)木质素磺酸钠盐减水剂2.5Kg,
5)8880型水泥速凝剂8.7Kg,
6)聚丙烯酰胺9.8Kg;
将上述原料依次加入到干粉混料器中混合15min,然后向混合料中加入50Kg水,混合搅拌均匀,即得煤岩体用无机充填密闭材料。其性能指标如下:
凝结时间:114s
发泡倍数:15倍
28天抗压强度:1.8Mpa。
实施例2
备料:
1)高矾土水泥59.8Kg,
2)硝酸钙9.4Kg,
3)偶氮二异丁腈2.7Kg,
4)氨基高效减水剂8.3Kg,
5)8880型水泥速凝剂11.1Kg,
6)聚丙烯酰胺8.7Kg;
将上述原料依次加入到干粉混料器中混合15min,然后向混合料中加入40Kg水,混合搅拌均匀,即得煤岩体用无机充填密闭材料。其性能指标如下:
凝结时间:92s
发泡倍数:11倍
28天抗压强度:3.5Mpa。
实施例3
备料:
1)硅酸盐425水泥51.9Kg,
2)尿素12.3Kg,
3)N,N′-二亚硝基五次甲基四胺(发泡剂DPT)1.9Kg,
4)木质素磺酸钠盐减水剂12.1Kg,
5)782速凝剂14.6Kg,
6)聚乙烯醇7.2Kg;
将上述原料依次加入到干粉混料器中混合15min,然后向混合料中加入60Kg水,混合搅拌均匀,即得煤岩体用无机充填密闭材料。其性能指标如下:
凝结时间:56s
发泡倍数:13倍
28天抗压强度:7.9Mpa。
实施例4
备料:
1)超高强度硫铝酸盐水泥36.8Kg,
2)硝酸钙15.9Kg,
3)N,N′-二亚硝基五次甲基四胺(发泡剂DPT)1.2Kg,
4)聚羧酸高效减水剂21.6Kg,
5)782速凝剂18.1Kg,
6)聚乙烯醇6.4Kg;
将上述原料依次加入到干粉混料器中混合15min,然后向混合料中加入50Kg水,混合搅拌均匀,即得煤岩体用无机充填密闭材料。其性能指标如下:
凝结时间:45s
发泡倍数:12倍
28天抗压强度:15.6Mpa。

Claims (10)

1.一种煤岩体用无机充填密闭材料,所述煤岩体用无机充填密闭材料为无机粉体材料,通过加入无机粉体材料总质量40-60%的水,混合搅拌均匀,即可得到现场使用的用于煤岩体充填的密闭材料,其特征在于,所述煤岩体用无机充填密闭材料由水泥、早强剂、发泡剂、减水剂、速凝剂和稳泡剂构成。
2.根据权利要求1所述的煤岩体用无机充填密闭材料,其特征在于,每100重量份煤岩体用无机充填密闭材料中,各组分含量为:
水泥:36.8-69.1重量份
早强剂:6.7-15.9重量份
发泡剂:1.2-3.2重量份
减水剂:2.5-21.6重量份
速凝剂:8.7-18.1重量份
稳泡剂:6.4-9.8重量份。
3.根据权利要求1或2所述的煤岩体用无机充填密闭材料,其特征在于,所述水泥为快硬与高强硅酸盐水泥、快硬硫铝酸盐和铁铝酸盐水泥、氟铝酸盐快硬水泥、硫铝酸钡钙水泥、磷铝酸盐水泥、阿利尼特水泥和明矾石高强水泥中的一种或几种混合;优选使用硅酸盐325水泥、高矾土水泥、硅酸盐425水泥、超高强度硫铝酸盐水泥;水泥的颗粒平均粒径优选0.04mm,比表面积优选大于300m2/Kg。
4.根据权利要求4所述的煤岩体用无机充填密闭材料,其特征在于,每100重量份煤岩体用无机充填密闭材料中,水泥优选为51.9-59.8重量份。
5.根据权利要求1或2所述的煤岩体用无机充填密闭材料,其特征在于,早强剂选自以下物质中的一种或几种:氯化钙、氯化钠、氯化铝、钠、硫酸钾、硫酸钙、亚硝酸钙、硝酸钙、尿素、硝酸钙/尿素、亚硝酸钙/硝酸钙/尿素、亚硝酸钙/硝酸钙/氯化钙、亚硝酸钙/硝酸钙/氯化钙/尿酸、三乙醇胺、甲酸钙、乙酸和乙酸盐;优选使用亚硝酸钙、硝酸钙或尿素;每100重量份煤岩体用无机充填密闭材料中,早强剂优选为9.4-12.3重量份。
6.根据权利要求1或2所述的煤岩体用无机充填密闭材料,其特征在于,发泡剂为偶氮二甲酰胺、偶氮二异丁腈(简称ABN或ABIN)、偶氮二羧酸钡、N,N′-二亚硝基五次甲基四胺(发泡剂DPT)、N,N′-二亚硝基对苯二甲酰胺(简称NTA)、对甲苯磺酰肼(简称发泡剂TSH)、苯基磺酰肼(简称BSH)、4,4’-对磺酰肼二苯醚(简称OBSH)和碳酸氢钠中的一种或几种。
7.根据权利要求6所述的煤岩体用无机充填密闭材料,其特征在于,发泡剂优选偶氮二异丁腈和N,N′-二亚硝基五次甲基四胺;每100重量份煤岩体用无机充填密闭材料中,发泡剂优选为1.9-2.7重量份。
8.根据权利要求1或2所述的煤岩体用无机充填密闭材料,其特征在于,减水剂为木质素磺酸钠盐减水剂、萘系高效减水剂、脂肪族高效减水剂、氨基高高效减水剂和聚羧酸高效减水剂中的一种或几种;优选木质素磺酸钠盐减水剂、氨基高高效减水剂或聚羧酸高效减水剂;每100重量份煤岩体用无机充填密闭材料中,减水剂优选为8.3-12.1重量份。
9.根据权利要求1或2所述的煤岩体用无机充填密闭材料,其特征在于,速凝剂选自8880型水泥速凝剂或782速凝剂;每100重量份煤岩体用无机充填密闭材料中,速凝剂优选为11.1-14.6重量份。
10.根据权利要求1或2所述的煤岩体用无机充填密闭材料,其特征在于,稳定剂十二烷基硫酸钠(K12)、脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠(AES)、聚丙烯酰胺、聚乙烯醇、蛋白、多肽、淀粉和纤维素中的一种或几种混合;优选聚乙烯醇或聚丙烯酰胺;每100重量份煤岩体用无机充填密闭材料中,稳定剂优选为7.2-8.7重量份。
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