CN105017758A - 煤矿用充填密闭材料 - Google Patents

Abstract

本发明涉及煤矿巷道内的冒落孔洞充填密闭，具体为一种化学高分子注浆充填密闭材料，包括A组分和B组分；其中，A组分和B组分的重量比为1:1。所述A组分的组成为：三官能团聚醚多元醇：二官能团聚醚多元醇：胺基聚醚多元醇配比为8:1:1；在聚醚多元醇的基础上添加如下重量的添加剂：金属锡类催化剂0.1%，胺类催化剂0.05%，稳泡剂0.5%，阻燃剂DMMP？14%，阻燃剂TDCP？6%，水2-4%。所有组分直接混合后构成A组分。所述B组分为异氰酸酯。本发明设计合理，施工方便快捷、劳动强度小、效率高、无毒害气体产生、反应温度低于80℃、发泡倍率大于40倍、压应变10%时抗压强度达80kPa。

Description

煤矿用充填密闭材料

技术领域

本发明涉及煤矿巷道内冒落孔洞充填密闭技术，具体为一种化学高分子注浆充填密闭材料。

背景技术

在煤矿掘进、回采作业时，不可避免地会产生冒落、片帮，形成孔洞。这些孔洞经常造成瓦斯积聚，不仅提高了瓦斯爆炸的危险性，而且在具有自燃倾向的煤层还可造成自燃发火。因此，只有及时填充这些孔洞，才能确保安全生产。我国煤矿通常采用在冒落地点架木垛、填沙浆等方法进行处理，但这些方法费时、费力、施工难度大，且不能保证真正消除事故隐患。另外，采空区不隔离，影响井下通风，国内传统的防爆密闭墙多为砖墙结构，施工用砖块、砂、水泥等进行垒砌粘结，此法劳动量大、效率低，随着煤炭采掘机械化程度的提高，采用传统施工技术难以满足现代化生产要求。因此开发用于煤矿井下的新型充填、密闭材料显得迫在眉睫。

利用高分子化学材料进行冒落孔洞充填密闭是国外在七十年代初期发展起来的一项新技术，几十年来，这一技术在世界主要产煤国家得到迅速发展。我国在九十年代初期开始研究巷道冒落孔洞化学材料注浆充填密闭技术，并已经取得较好的经济效益和社会效益。

近年来，国内外学者对用于充填密闭的聚氨酯材料进行了大量的研究，并成功应用于煤矿井下充填密闭领域，也取得了良好效果。但现用的聚氨酯充填密闭材料存在着价格较高、易燃、反应温度高、反应时产生大量有毒气体的缺点。

发明内容

本发明的目的在于提供一种煤矿用于冒落孔洞充填密闭的化学高分子注浆充填密闭材料，将较低黏度的高分子树脂液体通过注浆设备注入到巷道冒落孔洞或中空墙体中，使其在较短时间内发泡硬化，形成一个密实且具有一定承压和弹性的泡沫体。

本发明是采用如下技术方案实现的：

一种煤矿用充填密闭材料，包括A组分和B组分；其中，A组分和B组分的重量比为1:1。

所述A组分的组成为：三官能团聚醚多元醇、二官能团聚醚多元醇和胺基聚醚多元醇的重量配比为8:1:1；在聚醚多元醇的基础上添加如下重量的添加剂：金属锡类催化剂 0.1%，胺类催化剂 0.05%，稳泡剂 0.5%，阻燃剂DMMP 14%，阻燃剂TDCP 6%，水2~4%。所有组分直接混合后构成A组分。

所述B组分为异氰酸酯。

优选的，所述金属锡类催化剂选择二月桂酸二丁基锡，为强凝胶锡催化材料，简称DBTL；还可以选择辛酸亚锡，为软块泡的标准锡催化材料。

所述胺类催化剂选择三亚乙基二胺；也可以选择常用的叔胺催化材料有N,N-二甲基环己胺、双(2-二甲氨基乙基)醚、N,N,N',N'-四甲基亚乙基二胺、三乙胺、N-乙基咪唑啉、N-甲基咪唑啉、N,N-二甲基苄胺、N,N,N',N'',N''-五甲基二亚乙基三胺、N,N'-二乙基哌嗪、N,N'-二乙基-2-甲基哌嗪、N,N-二甲基乙醇胺、三乙醇胺等。

泡沫稳定材料多属于有机硅表面活性材料，它的主要结构是聚硅氧烷-氧化烯烃嵌段共聚物，俗称“硅油”，一般含有重复的二甲基硅氧烷链节、氧化乙烯链节、氧化丙烯链节。非离子型表面活性材料，如吐温-80、吐温-60等也用作聚氨酯硬泡的泡沫稳定材料，但其稳定效果差些，在发泡配方中相对用量要比有机硅类稳定材料多，现已不常用。

本发明是在聚氨脂充填密闭技术的基础上进一步进行研究探索，得出成本低、性能好、适用性更强的高分子充填密闭材料。通过选择热稳定性高的多元醇，控制聚醚多元醇中低沸物等杂质含量，确定异氰酸酯指数R，催化材料复合体系的选择及加量的确定来降低反应

通过调整聚醚多元醇的选型，配比，设计合理反应路线，筛选出合适的多元醇原料及配伍比例，使最终产品的发泡倍率、抗压强度、抗剪强度以及体积稳定性满足要求。在高发泡倍率前提下，提高泡沫承压强度及泡体结构稳定性。

应用异氰酸酯与水反应生产二氧化碳气体的原理，在配方中用水替代有机低沸发泡剂，材料不含有机发泡剂，确保产品无毒、无害、安全环保。

使用时，通过注浆设备分别将A组分和B组分同时注入到巷道冒落孔洞或中空墙体中，使其在较短时间内发泡硬化，形成一个密实且具有一定承压和弹性的泡沫体，用于充填密闭巷道冒顶、片帮留下的空洞以及巷道隔离墙。

本发明的充填密闭材料具有如下优点：

1、该材料为100％树脂含量，无挥发性(VOC)物质，阻燃性优，最高反应温度＜80℃，煤矿井下充填过程安全、高效。

2、发泡凝结时间可调，一般为1min，也可根据实际需要缩短至十几秒。

3、发泡倍率≥25倍，发泡物体稳定性高，70℃±2℃，48h体积变化≤0.1%；并具有一定的抗压强度，压应变70%时抗压强度≥50KPa。

4、环保安全、无毒、无害，符合职业卫生要求，不污染工作环境。

本发明设计合理，施工方便快捷、劳动强度小、效率高、无毒害气体产生、反应温度低于80℃、发泡倍率大于40倍、压应变10%时抗压强度达80kPa。

具体实施方式

下面对本发明的具体实施例进行详细说明。

实施例1

一种煤矿用充填密闭材料，包括A组分和B组分；其中，A组分和B组分的重量比为1:1。

所述A组分122.65kg，由如下组分混合后构成：

三官能团聚醚多元醇                   80kg，

二官能团聚醚多元醇                   10kg，

胺基聚醚多元醇                       10kg，

二月桂酸二丁基锡                     0.1kg，

三亚乙基二胺                         0.05 kg，

硅油                                 0.5 kg，

甲基瞵酸二甲酯（DMMP）             14 kg，

磷酸三(1，3-二氯-2-丙基)酯（TDCP）    6 kg，

   水                                   2kg。

所述B组分为异氰酸酯122.65kg。

使用时，通过注浆设备分别将A组分和B组分同时注入到巷道冒落孔洞或中空墙体中，使其在较短时间内发泡硬化，形成一个密实且具有一定承压和弹性的泡沫体，用于充填密闭巷道冒顶、片帮留下的空洞以及巷道隔离墙。

实施例2

一种煤矿用充填密闭材料，包括A组分和B组分；其中，A组分和B组分的重量比为1:1。

所述A组分1226.5kg，由如下组分混合后构成：

三官能团聚醚多元醇          800kg，

二官能团聚醚多元醇          100kg，

胺基聚醚多元醇              100kg，

二月桂酸二丁基锡            1kg，

三亚乙基二胺                0.5 kg，

TW-80                       5 kg，

甲基瞵酸二甲酯              140kg，

磷酸三(1，3-二氯-2-丙基)酯    60 kg，

   水                          30kg。

所述B组分为异氰酸酯1236.5kg。

使用时，通过注浆设备分别将A组分和B组分同时注入到巷道冒落孔洞或中空墙体中，使其在较短时间内发泡硬化，形成一个密实且具有一定承压和弹性的泡沫体，用于充填密闭巷道冒顶、片帮留下的空洞以及巷道隔离墙。

实施例3

一种煤矿用充填密闭材料，包括A组分和B组分；其中，A组分和B组分的重量比为1:1。

所述A组分249.3kg，由如下组分混合后构成：

三官能团聚醚多元醇          160kg，

二官能团聚醚多元醇          20kg，

胺基聚醚多元醇              20kg，

辛酸亚锡                    0.2kg，

三乙胺                      0.1kg，

TW-60                      1 kg，

甲基瞵酸二甲酯              28kg，

磷酸三(1，3-二氯-2-丙基)酯    12 kg，

   水                          8kg。

所述B组分为异氰酸酯249.3kg。

实施例4

一种煤矿用充填密闭材料，包括A组分和B组分；其中，A组分和B组分的重量比为1:1。

所述A组分618.25kg，由如下组分混合后构成：

三官能团聚醚多元醇          400kg，

二官能团聚醚多元醇          50kg，

胺基聚醚多元醇              50kg，

辛酸亚锡                    0.5kg，

N,N-二甲基环己胺            0.25kg，

TW-60                      2.5kg，

甲基瞵酸二甲酯              70kg，

磷酸三(1，3-二氯-2-丙基)酯    30kg，

   水                          15kg。

所述B组分为异氰酸酯618.25kg。

使用时，通过注浆设备分别将A组分和B组分同时注入到巷道冒落孔洞或中空墙体中，使其在较短时间内发泡硬化，形成一个密实且具有一定承压和弹性的泡沫体，用于充填密闭巷道冒顶、片帮留下的空洞以及巷道隔离墙。

上述煤矿用充填密闭材料的特点如下：

1、反应热较低，最高反应温度小。煤矿用高分子充填密闭材料具有低反应热的特性，其最高反应温度不超过80℃。

2、发泡倍率大，承压强度高。煤矿用高分子充填密闭材料最高发泡倍数达40倍以上，其压应变10%的抗压强度达80kPa。

3、用水做发泡剂，安全环保。煤矿用高分子充填密闭材料不用低沸点有机溶剂做发泡剂，杜绝危害环境及人身健康，安全环保。

最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照本发明实施例进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，都不脱离本发明的技术方案的精神和范围，其均应涵盖本发明的权利要求保护范围中。

Claims (3)

1.一种煤矿用充填密闭材料，其特征在于：包括A组分和B组分；其中，A组分和B组分的重量比为1:1；

所述A组分由如下重量份的组分构成：

三官能团聚醚多元醇        80份，

二官能团聚醚多元醇        10份，

胺基聚醚多元醇            10份，

金属锡类催化剂            0.1份，

胺类催化剂                0.05份，

稳泡剂                    0.5份，

阻燃剂DMMP              14份，

阻燃剂TDCP               6份，

   水                        2-4份；

所述B组分为异氰酸酯。

2.   根据权利要求1所述的煤矿用充填密闭材料，其特征在于：所述金属锡类催化剂选择二月桂酸二丁基锡或者辛酸亚锡；所述胺类催化剂选择三亚乙基二胺；所述稳泡剂选择硅油或者TW-80、吐温-60。

3.根据权利要求2所述的煤矿用充填密闭材料，其特征在于：所述胺类催化剂由下列一种材料替换：N,N-二甲基环己胺、双(2-二甲氨基乙基)醚、N,N,N',N'-四甲基亚乙基二胺、三乙胺、N-乙基咪唑啉、N-甲基咪唑啉、N,N-二甲基苄胺、N,N,N',N'',N''-五甲基二亚乙基三胺、N,N'-二乙基哌嗪、N,N'-二乙基-2-甲基哌嗪、N,N-二甲基乙醇胺或者三乙醇胺。