CN104478278B

CN104478278B - 一种矿山加固用添加剂

Info

Publication number: CN104478278B
Application number: CN201410763280.1A
Authority: CN
Inventors: 宋志飞; 赵法亮; 孙世国; 冯少杰
Original assignee: North China University of Technology
Current assignee: North China University of Technology
Priority date: 2014-12-15
Filing date: 2014-12-15
Publication date: 2016-08-17
Anticipated expiration: 2034-12-15
Also published as: CN104478278A

Abstract

本发明涉及一种矿山加固用添加剂，所述添加剂为式I化合物，使用本发明的化合物之后得到的组合物在沁水率、收缩率和硬度方面具有更好的效果。

Description

一种矿山加固用添加剂

技术领域

本发明涉及一种工程材料，具体涉及一种矿山加固用材料。

背景技术

煤炭在我国一次能源生产和消费结构中始终占70％左右。随着煤矿开采深度的增加煤质破碎变软。矿井开采过程中片帮、冒顶事故不断增加，给工作面的开采带来了严重影响。因此，确保煤岩体的稳定，防止工作面发生片帮冒顶，实现稳产高产及安全生产，是采煤过程中必须解决的问题之一。煤岩体注浆加固材料是解决这一问题的有效手段，它能将原来裂隙发育的破碎煤岩体固结成为完整性较好的煤岩体，可有效地防止片帮冒顶事故的发生。

为了减小片帮和冒顶的危险向松软和破碎的煤体中注入注浆材料，提高煤体强度，使破碎的煤岩体能发展成为一个整体，增加阻碍煤与瓦斯突出的阻力。目前用于注浆的材料主要分为以下三类：化学浆液类；水泥类；复合浆材类。化学浆液属于真溶液型，配成的浆液不易出现颗粒的离析，一般粘度较低，易于进入细小裂隙或孔隙之中，浆液注入能力较强，但由于其造价一般都很高，浆液成分中一般都有含量不等的有害化合物，处理不好常会造成不同程度的环境污染，很难大范围应用于井下注浆工程。水泥浆材由于较差的析水性和稳定性以及颗粒粒径本身的限制，水泥类浆材对较小裂隙注浆体的注浆表现出局限性。复合浆材类，其主要是在水泥材料的基础上添加各种聚合物化学浆液，将水泥浆材和化学浆材的优点结合起来，使水泥浆材的性能得到改善，以达到不同注浆环境下的应用目的。正是因为复合浆材的优点目前受到广泛的关注和研究。由于井下煤体注浆的特殊环境，我们选择水泥基聚合物复合浆材来进行研究。

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。

因此，针对目前煤岩加固中还存在的诸多问题，以及针对这些问题的解决措施的不足，在提高煤岩加固施工质量方面，还有许多工作要做。

发明内容

本发明提供了一种矿山加固用添加剂，所述添加剂是如下式所示的式I化合物：

本发明还提供了一种矿山加固用材料，所述材料包括A组分、B组分和水泥的组合物，A组分为式I化合物，B组分为助剂，水泥为普通硅酸盐水泥；

所述式I化合物为

所述助剂由0.6-1.0重量份对甲苯磺酸、0.8-1.3重量份磷酸、0.5-1.0重量份盐酸及0.1重量份乙二醇组成，所述盐酸质量百分比为37％，所述磷酸质量百分比为98％；

使用时A组分与B组分按重量比1∶1混合，硅酸盐水泥为100重量份。

优选地，所述组合物含有0.8-1.0重量份对甲苯磺酸、1.0-1.3重量份磷酸、0.8-1.0重量份盐酸及0.1重量份乙二醇。

所述的组合物应用于煤岩加固。

具体实施方式

下面通过实施例对本发明作进一步说明。应该理解的是，本发明实施例所述制

备方法仅仅是用于说明本发明，而不是对本发明的限制，在本发明的构思前提下对本发明制备方法的简单改进都属于本发明要求保护的范围。实施例中用到的所有原料和溶剂均购自Sigma Biochemical and Organic Compounds for Research andDiagnostic Clinical Reagents公司。

实施例1：式I化合物的制备：

将5-氨基-2，4，6-三溴代-N，N′-双(2，3-二羟丙基)异酞酰胺(15mmol)和氨基甲苯磺酸(TsOH)(0.6mmol)加入至2，2-二甲氧基丙烷(30ml)中。该悬浮混合物在环境温度下搅拌48小时，蒸馏除去所形成的乙醇。将该反应混合物真空蒸发得到白色固体状的式I化合物，6.96g，(R_F＝0.45乙酸乙酯)，熔点231-232℃。

¹H-NMR(DMSO)：8.68-8.60(m，2H)，4.21-4.20(m，2H)，4.05(t，2H)，3.83-3.77(m，2H)，3.43-3.16(m，4H)，1.34(s，6H)，1.26(s，6H)。

实施例2：组合物的制备：

取普通硅酸盐425水泥100g，自来水100ml，对甲苯磺酸0.6g，质量百分比为98％的磷酸0.8g，质量百分比为37％的盐酸1g，乙二醇0.1g，以及2.5g的式I化合物，将水泥和助剂进行预混，保证混合均匀。将式I化合物加入水中进行搅拌加到净浆搅拌机中。将混合好的粉料(水泥和助剂)加入到搅拌机中，开始搅拌，慢搅2min，快速搅拌2min，得到所述组合物。

实施例3：组合物的制备：

取普通硅酸盐425水泥100g，自来水100ml，对甲苯磺酸0.8g，质量百分比为98％的磷酸1.2g，质量百分比为37％的盐酸0.8g，乙二醇0.1g，以及2.9g的式I化合物，将水泥和助剂进行预混，保证混合均匀。将式I化合物加入水中进行搅拌加到净浆搅拌机中。将混合好的粉料(水泥和助剂)加入到搅拌机中，开始搅拌，慢搅5min，快速搅拌2min，得到所述组合物。

实施例4：性能测定：

泌水率的测定：方法参照《房材与应用》2001年第29卷第5期，第28页。

实验结果：实施例2和3组合物的泌水率仅为5％和6％，而普通硅酸盐水泥的泌水率为32％。由此可见本发明加固材料具有良好的保水性。

干缩率的测定：《水泥砂浆收缩性试验规程》进行收缩率测试实验。将试件养护到相应龄期，用游标卡尺测试试件长度。

实验结果：应用实施例2的组合物之后，煤岩体注浆加固材料收缩率在7天和28天的干缩率分别为0.0261％和0.0199％；用实施例3的组合物之后，煤岩体注浆加固材料收缩率在7天和28天的干缩率分别为0.0257％和0.0201％；而相应硅酸盐水泥的收缩率分别为0.0923％和0.1211％。

加固试验测定：

实验方法：采用国家标准GB/T17671-1999进行实验。煤粒与浆液选择体积比4∶1进行模拟加固实验。

应用实施例2的组合物之后，煤岩体注浆加固材料在7天和28天的抗折强度(MPa)分别为10.1和16.6，抗压强度(MPa)分别为34.8和43.1；用实施例3的组合物之后，煤岩体注浆加固材料收缩率在7天和28天的抗折强度(MPa)分别为12.0和15.8，抗压强度(MPa)分别为36.3和42.5；而相应硅酸盐水泥在7天和28天的抗折强度(MPa)分别为1.89和2.09，抗压强度(MPa)分别为3.78和4.10。

Claims

1.一种矿山加固用添加剂，其特征在于所述添加剂是如下式所示的式I化合物：

。

2.权利要求1所述的化合物在煤岩加固方面的应用。