CN106437817B - 一种具备复吸功能的煤巷充填胶体材料及其使用方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种具备复吸功能的煤巷充填胶体材料，包括以下组分：以下份数均为重量份数，60～80份的粉煤灰、0.5～1份的絮凝剂、0.5～2份的胶体稳定剂。本发明还公开了一种上述的具备复吸功能的煤巷充填胶体材料的使用方法，包括以下步骤：A、将粉煤灰、絮凝剂和胶体稳定剂放入容器内充分搅拌，得到原料混合物；B、在原料混合物中加水，形成充填胶体；C、通过注浆泵将充填胶体注入充填区域；D、通过注浆泵将缓冲材料与水的混合物注入充填区域，缓冲材料在步骤C注入的充填胶体的下方形成缓冲层；E、通过注浆泵将充填胶体注入充填区域的剩余区域。本发明能够解决现有技术的不足，提高了充填胶体的耐用性。

Description

一种具备复吸功能的煤巷充填胶体材料及其使用方法
技术领域
本发明涉及煤矿井下防火安全技术领域，尤其是一种具备复吸功能的煤巷充填胶体材料及其使用方法。
背景技术
我国煤炭资源丰富，煤是我国的最主要能源，在目前的能源结构中占据主导地位，在我国生产和消费的一次能源中，煤炭约占70％。在国家《能源中长期发展规划纲要(2004～2020年)》中已经确定，我国将“坚持以煤炭为主体、电力为中心、油气和新能源全面发展的能源战略”，显然，煤炭工业是我国的基础产业，其健康、稳定、持续地发展是关系到国家能源安全的重大问题。
目前制约我国煤炭工业发展的一个主要问题就是煤矿安全，其中煤矿火灾是煤矿的主要灾害之一。
厚煤层在我国煤炭储量中占有较大比例，占45％左右，开采厚煤层特别是松软厚煤层时，巷道掘进期间由于顶板煤层破碎造成冒顶，出现顶空现象，形成较大的漏风通道，从而引发煤层巷道火灾。松软厚煤层巷道火灾在很多矿区非常严重。这些巷道火灾一方面威胁着井下作业人员的人身安全，形成严重的安全隐患，同时严重影响着工作面的正常推进，进而影响矿井产量和矿井的效益。不断发生的煤层自燃火灾给国内外矿井带来了巨大损失，不但会打乱正常的生产秩序，且可能造成人员的伤亡，其危害相当大。
松软厚煤层容易发生巷道火灾的原因是巷道掘进期间由于顶板煤层破碎造成冒顶，出现顶空现象，形成较大的漏风通道，从而引发煤层巷道火灾。因此，要消除松软厚煤层的巷道火灾，需要研发出一种具有保水功能的有效充填胶体材料及其充填方法，将掘进期间产生的巷道冒空区域技术充填，从根本上避免煤巷顶部产生漏风通道。
中国发明专利申请CN 1915460A公开了一种煤层火灾粉煤灰复合胶体防灭火材料，具有较好的柔性回复力和抗潮性。但是，这种复合材料的耐用性较差，在使用一段时间后会出现干裂、变形等问题，需要重新充填。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种具备复吸功能的煤巷充填胶体材料及其使用方法，能够解决现有技术的不足，提高了充填胶体的耐用性。
为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案如下。
一种具备复吸功能的煤巷充填胶体材料，包括以下组分：以下份数均为重量份数，
60～80份的粉煤灰、0.5～1份的絮凝剂、0.5～2份的胶体稳定剂，
絮凝剂包括以下组分：65～70wt％的聚丙烯酰胺、3.5～5wt％的2-氨基-5-溴噻唑-4-甲酸乙酯、1.5～2wt％的(S)-3-羟基丁酸甲酯、3～4wt％的4-丙氧基苯酚、5～8wt％的3-乙酰胺基苯乙酮、余量为双(五甲基环戊烯)二氯化钛；
胶体稳定剂包括以下组分：35～45wt％的脱水山梨醇酯、5.5～9wt％的4-氰基苯甲醛、7～15wt％的4-氨基-N-甲基苯甲酰胺、2.5～4wt％的十八烷基苄基氯化铵、5～10wt％的碳酸钠、1.5～2wt％的十四烷基苯、余量为十二烷二酸二甲酯。
作为优选，粉煤灰的粒度为50～100μm。
一种上述的具备复吸功能的煤巷充填胶体材料的使用方法，包括以下步骤：
A、将粉煤灰、絮凝剂和胶体稳定剂放入容器内充分搅拌，得到原料混合物；
B、在原料混合物中加水，形成充填胶体，原料混合物与水的重量比为1.5∶1～1.6∶1；
C、通过注浆泵将充填胶体注入充填区域，充填量占充填区域体积的30％～40％；
D、通过注浆泵将缓冲材料与水的混合物注入充填区域，缓冲材料在步骤C注入的充填胶体的下方形成缓冲层，缓冲层占充填区域体积的10％～15％，缓冲材料与水的重量比为2∶1～3∶1；缓冲材料包括以下组分：
45～60wt％的乙烯三乙氧基硅烷、5～10wt％的4-甲氧基苯甲酰胺、3～7wt％的1，2-二乙酰苯、13～17wt％的海藻酸钠、2～4wt％的1，6-己二硫醇、余量为硫酸铝；
E、通过注浆泵将充填胶体注入充填区域的剩余区域。
作为优选，步骤C中，充填胶体的温度控制在35℃～40℃，充填压力控制在1.5bar～1.7bar。
作为优选，步骤D中，缓冲材料的温度控制在55℃～60℃，充填压力控制在2.5bar～3bar。
作为优选，步骤E中，充填胶体的温度控制在40℃～45℃，充填压力控制在2bar～2.2bar。
采用上述技术方案所带来的有益效果在于：本发明提供的充填胶体材料具有良好的保水性、流动性，在较为潮湿的环境可以主动吸收外部环境中的水分，从而保持充填材料的含水量，从而提高防灭火效果。当充填胶体内的含水量降低时，还可以主动向胶体内注水，从而保持充填材料的含水性。本发明提供的充填胶体具有较强的稳定性，可以在反复失水吸水的过程中保持性质的相对稳定。充填的过程分成三个部分，通过填充缓冲层，可以提高充填胶体对于填充区域的密封效果。
具体实施方式
一种具备复吸功能的煤巷充填胶体材料，包括以下组分：以下份数均为重量份数，
61.5份的粉煤灰、0.75份的絮凝剂、0.875份的胶体稳定剂，
絮凝剂包括以下组分：65～70wt％的聚丙烯酰胺、3.5～5wt％的2-氨基-5-溴噻唑-4-甲酸乙酯、1.5～2wt％的(S)-3-羟基丁酸甲酯、3～4wt％的4-丙氧基苯酚、5～8wt％的3-乙酰胺基苯乙酮、余量为双(五甲基环戊烯)二氯化钛；
胶体稳定剂包括以下组分：35～45wt％的脱水山梨醇酯、5.5～9wt％的4-氰基苯甲醛、7～15wt％的4-氨基-N-甲基苯甲酰胺、2.5～4wt％的十八烷基苄基氯化铵、5～10wt％的碳酸钠、1.5～2wt％的十四烷基苯、余量为十二烷二酸二甲酯。
其中，粉煤灰的粒度为50～100μm。
一种上述具备复吸功能的煤巷充填胶体材料的使用方法，包括以下步骤：
A、将粉煤灰、絮凝剂和胶体稳定剂放入容器内充分搅拌，得到原料混合物；
B、在原料混合物中加水，形成充填胶体，原料混合物与水的重量比为1.57∶1；
C、通过注浆泵将充填胶体注入充填区域，充填量占充填区域体积的33％～34％；
D、通过注浆泵将缓冲材料与水的混合物注入充填区域，缓冲材料在步骤C注入的充填胶体的下方形成缓冲层，缓冲层占充填区域体积的11％～13％，缓冲材料与水的重量比为2.6∶1；缓冲材料包括以下组分：
56wt％的乙烯三乙氧基硅烷、8wt％的4-甲氧基苯甲酰胺、4.5wt％的1，2-二乙酰苯、15wt％的海藻酸钠、3.5wt％的1，6-己二硫醇、余量为硫酸铝；
E、通过注浆泵将充填胶体注入充填区域的剩余区域。
经过发明人的深入研究，在步骤A中制得的混合物中再加入1.5wt％的4-硝基水杨酸和2wt％的2’-(三氟甲基)苯丙酮，可以提高充填胶体与外部的络合能力和充填胶体吸水后的稳定性。在填充缓冲材料后，向缓冲层充入氮气，在缓冲层内形成均匀的气泡分布，可以提高整个充填区域的弹性形变能力。
本发明可以将充填胶体的使用寿命由现有技术普遍的1～2年延长至3～5年。大大降低了填充巷道冒空区域的费用。
上述描述仅作为本发明可实施的技术方案提出，不作为对其技术方案本身的单一限制条件。

Claims (6)

1.一种具备复吸功能的煤巷充填胶体材料，其特征在于包括以下组分：以下份数均为重量份数，
60～80份的粉煤灰、0.5～1份的絮凝剂、0.5～2份的胶体稳定剂，
絮凝剂包括以下组分：65～70wt％的聚丙烯酰胺、3.5～5wt％的2-氨基-5-溴噻唑-4-甲酸乙酯、1.5～2wt％的(S)-3-羟基丁酸甲酯、3～4wt％的4-丙氧基苯酚、5～8wt％的3-乙酰胺基苯乙酮、余量为双(五甲基环戊烯)二氯化钛；
胶体稳定剂包括以下组分：35～45wt％的脱水山梨醇酯、5.5～9wt％的4-氰基苯甲醛、7～15wt％的4-氨基-N-甲基苯甲酰胺、2.5～4wt％的十八烷基苄基氯化铵、5～10wt％的碳酸钠、1.5～2wt％的十四烷基苯、余量为十二烷二酸二甲酯。
2.根据权利要求1所述的具备复吸功能的煤巷充填胶体材料，其特征在于：粉煤灰的粒度为50～100μm。
3.一种权利要求1-2任意一项所述的具备复吸功能的煤巷充填胶体材料的使用方法，其特征在于包括以下步骤：
A、将粉煤灰、絮凝剂和胶体稳定剂放入容器内充分搅拌，得到原料混合物；
B、在原料混合物中加水，形成充填胶体，原料混合物与水的重量比为1.5∶1～1.6∶1；
C、通过注浆泵将充填胶体注入充填区域，充填量占充填区域体积的30％～40％；
D、通过注浆泵将缓冲材料与水的混合物注入充填区域，缓冲材料在步骤C注入的充填胶体的下方形成缓冲层，缓冲层占充填区域体积的10％～15％，缓冲材料与水的重量比为2∶1～3∶1；缓冲材料包括以下组分：
45～60wt％的乙烯三乙氧基硅烷、5～10wt％的4-甲氧基苯甲酰胺、3～7wt％的1，2-二乙酰苯、13～17wt％的海藻酸钠、2～4wt％的1，6-己二硫醇、余量为硫酸铝；
E、通过注浆泵将充填胶体注入充填区域的剩余区域。
4.根据权利要求3所述的具备复吸功能的煤巷充填胶体材料的使用方法，其特征在于：步骤C中，充填胶体的温度控制在35℃～40℃，充填压力控制在1.5bar～1.7bar。
5.根据权利要求3所述的具备复吸功能的煤巷充填胶体材料的使用方法，其特征在于：步骤D中，缓冲材料的温度控制在55℃～60℃，充填压力控制在2.5bar～3bar。
6.根据权利要求3所述的具备复吸功能的煤巷充填胶体材料的使用方法，其特征在于：步骤E中，充填胶体的温度控制在40℃～45℃，充填压力控制在2bar～2.2bar。
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