CN108424086A - 一种锚固爆破封孔材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种锚固爆破封孔材料及其制备方法，属于矿用封孔材料技术领域。本发明采用膨润土作为锚固点，利用硅烷偶联剂具有较低的黏度和表面张力，使得膨润土能迅速在施工表面铺展开，浸润岩石表面缝隙，同时硅烷偶联剂中的无机基团能够和裂缝表面的氧化物发生反应生成稳定的硅氧键，且利用膨润土优异的吸水膨胀性能，使得封孔材料填充进入岩石表面缝隙并进行封堵，且成形后强度高并且具有微膨胀性，可以对钻孔围岩进行加固，减小塑性区半径；提高了混凝土的耐腐蚀性，强化固化性能，使得材料具有显著的动态硬化效应，同时也表明随着水化程度升高，该材料非均质程度降低，综合性能满足爆破封孔材料的实际要求。

Description

一种锚固爆破封孔材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种锚固爆破封孔材料及其制备方法，属于矿用封孔材料技术领域。

背景技术

矿山巷道掘进和煤层增透多采用爆破方法，爆破孔的封孔效果很大程度上影响爆破效果。爆炸能量利用率也很大程度上受封孔质量的优劣的影响。如果无封孔或封孔质量不密实，炸药爆炸冲击波就会从弱面冲出，导致爆破钻孔孔洞破坏，爆炸冲击气体冲出钻孔，损坏作业面机械设备和环境设施，而且残留的炸药会产生大量的有毒有害气体，严重威胁作业面的工作人员的身体健康和人身安全。良好的爆破孔封孔质量可以密实炸药爆炸所需的空间，保证了钻孔内炸药充分的爆炸反应，提高了爆炸产生的能量，减少了炸药消耗量，同时良好的密闭空间延长爆炸高能气体在钻孔内的破坏时间，提升了爆炸作功的效果，从而在孔内周边生成、延伸和贯通裂隙，提高了爆破效果。

因此矿山爆破对封孔有严格的要求，但是实际应用中，由于煤矿井下恶劣的作业环境，钻孔封孔质量并不能达到所需的要求，施工中常常发生碍于封孔的操作，而通过提高炸药量以达到预定的爆破效果，这种方式不仅增加了成本，而且也存在较大的安全风险。目前，在我国，黄泥、水泥浆液以及化学浆液等材料经常在爆破作业使用，这些封孔材料存在很大的局限性，尤其在矿井爆破工程中不太适用，比如黄泥封堵，不易取材，黏性大，运送距离短且封孔强度很低，封孔效果不佳，尤其在封孔距离要求较长的爆破施工中，其封孔所用的黄泥不易运送，黄泥运送至孔内后湿度较大，接触到炸药很容易使其润湿，影响爆破效果。

我国很多学者对爆破封孔材料研究，并取得了一系列的成果，虽然这些材料具有一定的早期强度，但是存在着流动性较差，制备成本高等缺点，且在井下高温潮湿的环境中难以贮存。而后瓦斯抽采孔中广泛使用水泥封孔材料，但是因其凝结硬化时间长、流动性差、制作成本高、抗冲击性能低等问题，在爆破封孔中并不适用。因此通过结合矿山爆破工程现场的实际情况，研制一种强度高、流动性好、易储存、制作成本低，易使用且易推广，能极大程度提高井下爆破效率和生产效率的爆破封孔的材料是有很大意义的。

发明内容

本发明所要解决的技术问题：针对现有爆破封孔材料凝结硬化时间长、流动性差、制作成本高、抗冲击性能低等问题，且在井下高温潮湿的环境中难以贮存的问题，提供了一种锚固爆破封孔材料及其制备方法。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

一种锚固爆破封孔材料，所述封孔材料包括下述重量份原料组成：

20～25份偏铝酸钠，10～15份氯化钙，0.3～0.5份三乙醇胺，5～8份减水剂，3～5份分散剂，5～8份渗透剂，8～12份表面活性剂，80～100份膨润土，100～150份硅酸镁锂，12～20份表面改性剂，10～20份硅烷偶联剂，550～600份去离子水，1000～1200份普通硅酸盐水泥32.5R。

所述减水剂为萘磺酸系、聚羧酸系和三聚氰胺系高效减水剂中的一种或多种。

所述分散剂为为磷酸、硅酸盐、油酸钠、磺酸盐中的一种或多种。

所述渗透剂为聚氧化乙烯、有机硅氧烷缩聚物中的任意一种。

所述表面活性剂为硬泡硅油SD-502、平平加、硬脂酸聚氧乙烯酯中的一种或多种。

所述表面改性剂为聚醋酸乙烯乳液、丁苯乳液、丙苯乳液、丙稀酸乳液、聚二氯乙烯胶乳或者用聚氯乙烯、醋酸乙烯、乳液型环氧树脂、甲醛、二丁酯及VAE混合制作而成的溶液中的一种或多种。

所述硅烷偶联剂为硅烷偶联剂A-171、硅烷偶联剂1110、硅烷偶联剂1120、硅烷偶联剂KH-560中的一种或多种。

一种锚固爆破封孔材料的制备方法，具体步骤为：

（1）取偏铝酸钠、氯化钙、三乙醇胺、减水剂，加入去离子水中搅拌，再加入分散剂、渗透剂、表面活性剂、膨润土，搅匀后加入硅酸镁锂、表面改性剂、硅烷偶联剂，混合均匀得水泥助剂；

（2）将水泥助剂均匀喷洒入普通硅酸盐水泥32.5R中，并装入拌料桶中搅拌3～5min，出料得锚固爆破封孔材料。

本发明与其他方法相比，有益技术效果是：

（1）本发明采用膨润土作为锚固点，利用硅烷偶联剂具有较低的黏度和表面张力，使得膨润土能迅速在施工表面铺展开，浸润岩石表面缝隙，同时硅烷偶联剂中的无机基团能够和裂缝表面的氧化物发生反应生成稳定的硅氧键，且利用膨润土优异的吸水膨胀性能，使得封孔材料填充进入岩石表面缝隙并进行封堵，且成形后强度高并且具有微膨胀性，可以对钻孔围岩进行加固，减小塑性区半径；

（2）本发明通过表面活性剂和渗透剂复配，再利用两性的无机硅酸镁锂盐，在水和过程中会形成带电的片状层薄片，这些片状层的端面带正电荷，层面带负电荷，由于正负电荷吸引作用，使得在水和过程中片层逐渐形成“卡屋”结构，在水中硅酸锂镁盐片层剥离分散形成无色透明的凝胶液，它能在已分散的膨润土颗粒表面形成一层保护膜，通过硅酸根离子渗入混凝土内部与混凝土中钙离子反应生成稳定物质硅酸钙，填补了孔隙，提高了混凝土结构致密性，并通过Si-OH结构单元与混凝土表面的钙镁离子发生反应，形成了稳定的络合物，使混凝土表面惰性化，提高了混凝土的耐腐蚀性，强化固化性能，使得材料具有显著的动态硬化效应，同时动态放大系数随该材料龄期增长而减小，体现了该材料水化“钝性”效应，同时也表明随着水化程度升高，该材料非均质程度降低，综合性能满足爆破封孔材料的实际要求。

具体实施方式

取20～25g偏铝酸钠，10～15g氯化钙，0.3～0.5g三乙醇胺，5～8g减水剂，加入550～600mL去离子水中，以300～400r/min搅拌5～10min，再加入3～5g分散剂，5～8g渗透剂，8～12g表面活性剂，80～100g膨润土，继续搅拌10～15min后加入100～150g硅酸镁锂，12～20g表面改性剂，10～20g硅烷偶联剂，以200～300r/min搅拌10～15min，得水泥助剂，将水泥助剂均匀喷洒入1.0～1.2kg普通硅酸盐水泥32.5R中，并装入拌料桶中搅拌3～5min，出料得锚固爆破封孔材料，所述减水剂为萘磺酸系、聚羧酸系和三聚氰胺系高效减水剂中的一种或多种，所述分散剂为为磷酸、硅酸盐、油酸钠、磺酸盐中的一种或多种，所述渗透剂为聚氧化乙烯、有机硅氧烷缩聚物中的任意一种，所述表面活性剂为硬泡硅油SD-502、平平加、硬脂酸聚氧乙烯酯中的一种或多种，所述表面改性剂为聚醋酸乙烯乳液、丁苯乳液、丙苯乳液、丙稀酸乳液、聚二氯乙烯胶乳或者用聚氯乙烯、醋酸乙烯、乳液型环氧树脂、甲醛、二丁酯及VAE混合制作而成的溶液中的一种或多种，所述硅烷偶联剂为硅烷偶联剂A-171、硅烷偶联剂1110、硅烷偶联剂1120、硅烷偶联剂KH-560中的一种或多种。

实例1

取20g偏铝酸钠，10g氯化钙，0.3g三乙醇胺，5g萘磺酸系减水剂，加入550mL去离子水中，以300r/min搅拌5min，再加入3g磷酸，5g聚氧化乙烯，8g硬泡硅油SD-502，80g膨润土，继续搅拌10min后加入100g硅酸镁锂，12g聚醋酸乙烯乳液，10g硅烷偶联剂A-171，以200r/min搅拌10min，得水泥助剂，将水泥助剂均匀喷洒入1.0kg普通硅酸盐水泥32.5R中，并装入拌料桶中搅拌3min，出料得锚固爆破封孔材料。

实例2

取23g偏铝酸钠，13g氯化钙，0.4g三乙醇胺，7g聚羧酸系减水剂，加入575mL去离子水中，以350r/min搅拌7min，再加入4g硅酸盐，6.5g有机硅氧烷缩聚物，10g平平加，90g膨润土，继续搅拌13min后加入125g硅酸镁锂，16g丁苯乳液，15g硅烷偶联剂1110，以250r/min搅拌13min，得水泥助剂，将水泥助剂均匀喷洒入1.1kg普通硅酸盐水泥32.5R中，并装入拌料桶中搅拌4min，出料得锚固爆破封孔材料。

实例3

取25g偏铝酸钠，15g氯化钙，0.5g三乙醇胺，8g三聚氰胺系高效减水剂，加入600mL去离子水中，以400r/min搅拌10min，再加入5g油酸钠，8g有机硅氧烷缩聚物，12g硬脂酸聚氧乙烯酯，100g膨润土，继续搅拌15min后加入150g硅酸镁锂，20g丙稀酸乳液，20g硅烷偶联剂KH-560，以300r/min搅拌15min，得水泥助剂，将水泥助剂均匀喷洒入1.2kg普通硅酸盐水泥32.5R中，并装入拌料桶中搅拌5min，出料得锚固爆破封孔材料。

将本发明制备的锚固爆破封孔材料及上海某公司生产的封孔材料进行检测，具体检测结果如下表表1：

表1锚固爆破封孔材料性能表征

由此可知，本发明制备的锚固爆破封孔材料综合性能满足爆破封孔材料的实际要求，凝结时间短，抗压强度高，具有较好的市场化潜力，很好的开发价值和应用前景。

Claims (8)

1.一种锚固爆破封孔材料，其特征在于，所述封孔材料包括下述重量份原料组成：

20～25份偏铝酸钠，10～15份氯化钙，0.3～0.5份三乙醇胺，5～8份减水剂，3～5份分散剂，5～8份渗透剂，8～12份表面活性剂，80～100份膨润土，100～150份硅酸镁锂，12～20份表面改性剂，10～20份硅烷偶联剂，550～600份去离子水，1000～1200份普通硅酸盐水泥32.5R。

2.如权利要求1所述的一种锚固爆破封孔材料，其特征在于，所述减水剂为萘磺酸系、聚羧酸系和三聚氰胺系高效减水剂中的一种或多种。

3.如权利要求1所述的一种锚固爆破封孔材料，其特征在于，所述分散剂为为磷酸、硅酸盐、油酸钠、磺酸盐中的一种或多种。

4.如权利要求1所述的一种锚固爆破封孔材料，其特征在于，所述渗透剂为聚氧化乙烯、有机硅氧烷缩聚物中的任意一种。

5.如权利要求1所述的一种锚固爆破封孔材料，其特征在于，所述表面活性剂为硬泡硅油SD-502、平平加、硬脂酸聚氧乙烯酯中的一种或多种。

6.如权利要求1所述的一种锚固爆破封孔材料，其特征在于，所述表面改性剂为聚醋酸乙烯乳液、丁苯乳液、丙苯乳液、丙稀酸乳液、聚二氯乙烯胶乳或者用聚氯乙烯、醋酸乙烯、乳液型环氧树脂、甲醛、二丁酯及VAE混合制作而成的溶液中的一种或多种。

7.如权利要求1所述的一种锚固爆破封孔材料，其特征在于，所述硅烷偶联剂为硅烷偶联剂A-171、硅烷偶联剂1110、硅烷偶联剂1120、硅烷偶联剂KH-560中的一种或多种。

8.如权利要求1～7任意一项所述的一种锚固爆破封孔材料的制备方法，其特征在于，具体步骤为：

（1）取偏铝酸钠、氯化钙、三乙醇胺、减水剂，加入去离子水中搅拌，再加入分散剂、渗透剂、表面活性剂、膨润土，搅匀后加入硅酸镁锂、表面改性剂、硅烷偶联剂，混合均匀得水泥助剂；

（2）将水泥助剂均匀喷洒入普通硅酸盐水泥32.5R中，并装入拌料桶中搅拌3～5min，出料得锚固爆破封孔材料。