CN109139045A - 用于支护煤矿井下巷道的双组份混合喷浆材料及其喷浆装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种用于支护煤矿井下巷道的双组份混合喷浆材料，涉及煤矿安全材料的技术领域，由A组分和B组分构成，A组分包括以下质量份数的原料：聚醚多元醇50‑100份；超细骨料20‑80份；阻燃剂10‑30份；减水剂5‑20份；聚丙烯纤维1‑5份；催化剂1‑5份；B组分为质量份数为50‑100份的异氰酸酯。本发明采用超细骨料作为无机材料与有机高聚物进行有效结合，经过研磨后的骨料能均匀分散在有机高聚物基体孔隙内，不仅增加了喷出浆体的强度，降低了成本，还兼具有机高聚体的柔韧性，降低了开裂及掉落情况，大大增加了喷浆材料的使用年限；同时还有效解决了喷浆过程中产生的粉尘污染、回弹率高、配比难掌握、易堵管、粘聚性差、易开裂等问题。

Description

用于支护煤矿井下巷道的双组份混合喷浆材料及其喷浆装置 和方法

技术领域

本发明涉及煤矿安全材料的技术领域，尤其涉及一种用于支护煤矿井下巷道的双组份混合喷浆材料及其喷浆装置和方法。

背景技术

目前，国内煤矿井下巷道的喷浆材料，通常是是将水泥、沙、石子等先运入地下作业地点，在现场进行搅拌，然后用喷浆机或注浆机直接喷射到煤矿岩层上，待水泥材料固化后才能起到封闭支护的作用。

传统的喷浆材料及工艺在喷浆施工过程中主要存在以下不足：

1、现有的喷浆工艺是在现场搅拌，造成井下现注浆机场粉尘污染，影响井下安全生产喷浆机，容易使工人得矽肺病，危害极大；

2、喷浆材料的粘聚性差，喷浆机落地回弹料多达15-50％，严重影响喷浆质量，使得喷浆次数显著增多；

3、喷浆材料的功能单一，不具备防水、柔性，容易造成开裂，使用年限较短；

4、喷浆材料在混合时配比不易掌握，工人操作随意性较大，影响材料性能的发挥；

5、由于井下施工作业时配料不合适极易造成堵管等问题。

以上存在的问题严重影响了煤矿锚喷支护新技术的发展与应用。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供一种用于支护煤矿井下巷道的双组份混合喷浆材料及其喷浆装置和方法。

为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：用于支护煤矿井下巷道的双组份混合喷浆材料，由A组分和B组分构成，其中，A组分包括以下质量份数的原料：聚醚多元醇50-100份；超细骨料20-80份；阻燃剂10-30份；减水剂5-20份；聚丙烯纤维1-5份；催化剂1-5份；B组分为质量份数为50-100份的异氰酸酯。

进一步地，A组分中的聚醚多元醇的官能度为4.5，羟值为500mgKOH/g，粘度为6000mPa·s。

进一步地，A组分中的超细骨料选自粉煤灰、矿渣微粉、硅粉、细砂的一种或几种，粒径为0.1-0.5mm。

进一步地，当超细骨料选用两种或两种以上的超细物料进行混合时，选用的超细粉煤灰、矿渣微粉和硅粉的质量份数相同。

进一步地，A组分中的阻燃剂为磷酸三(2-氯丙基)酯，减水剂为萘磺酸甲醛缩合物，聚丙烯纤维的长度为5-10mm，催化剂为锡类催化剂中的辛酸亚锡。

进一步地，B组分的异氰酸酯(MDI)为多亚甲基多苯基异氰酸酯，粘度为150-250mPa·s，—NCO含量为30％～32％。

一种双组份混合喷浆材料的喷浆装置，包括桶Ⅰ、桶Ⅱ、注浆泵、双液混合器和混合腔体，桶Ⅰ、桶Ⅱ分别通过高压软管Ⅰ、高压软管Ⅱ与注浆泵相连，注浆泵的底部还与双液混合器的两个分支管路连接，双液混合器的总管路与混合腔体相连，双液混合器与混合腔体之间还设置有高压阀门。

用于支护煤矿井下巷道的双组份混合喷浆材料的喷浆方法，按照以下步骤进行：

(1)首先将A组分中的聚醚多元醇、超细骨料、阻燃剂、减水剂、催化剂、聚丙烯纤维按一定的配比投入双螺旋搅拌机中进行充分混合搅拌，然后将分散均匀的混合浆料装入桶Ⅰ进行封存，记为组分A；

(2)将一定量的异氰酸酯装入桶Ⅱ进行封存，记为组分B；

(3)将桶Ⅰ里的A组分，桶Ⅱ里的B组分同时运输到井下作业现场后，放置在可移动的喷浆装置的后方，在井下进行移动喷浆，A组分通过高压软管Ⅰ抽入注浆泵中；同时，B组分通过高压软管Ⅱ抽入注浆泵中，通过注浆泵输出两种组分至双液混合器中，在双液混合器中进行初步混合，打开高压阀门，双组分混合喷浆浆料被注浆泵输送至混合腔体中进行二次混合，浆料混合均匀后由喷嘴喷射到巷道的表面进行封闭支护。

本发明的有益效果是，

1、由于避免了井下现场搅拌和部分粉末状材料的干混，大大降低了粉尘，保证了井下良好的工作条件。

2、双组分原料反应生成的高聚物具有较强的粘聚强度，其喷射出的浆体由于粘性高，能与巷道煤壁进行有效的粘合，同时使得粉尘无法脱离物料，减少了回弹落地料的浪费，提高了喷浆材料的利用率。

3、本发明采用的是地面上预先搅拌混合配备双组分的工艺，其配比相对于井下较为严格，把人为因素的影响降到最低，从而进一步保证井下支护材料性能的有效发挥。

4、超细骨料以及各种助剂能够很好的分散在聚醚多元醇内部且具有较好的流动性，避免传统喷浆材料造成堵管的问题。

5、聚丙烯纤维的加入增强了新型高聚物喷浆材料的柔韧性，开裂及掉落的情况大大降低。

本发明采用超细骨料作为无机材料与有机高聚物进行有效结合，经过研磨后的骨料能均匀分散在有机高聚物基体孔隙内，不仅增加了喷出浆体的强度，降低了成本，还兼具有机高聚体的柔韧性，降低了开裂及掉落情况，大大增加了喷浆材料的使用年限；同时还有效解决了喷浆过程中产生的粉尘污染、回弹率高、配比难掌握、易堵管、粘聚性差、易开裂等问题。

附图说明

图1为本发明中的喷浆装置结构示意图。

其中，1、桶Ⅰ；2、桶Ⅱ；3、高压软管Ⅰ；4、高压软管Ⅱ；5、注浆泵；6、双液混合器；7、高压阀门；8、混合腔体。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

用于支护煤矿井下巷道的双组份混合喷浆材料，按照以下步骤进行：

(1)首先，将50份聚醚多元醇、10份粒径为0.1mm的超细粉煤灰、10份粒径为0.2mm的超细硅粉、10份磷酸三(2-氯丙基)酯、10份萘磺酸甲醛缩合物、5份长度为5mm的丝状聚丙烯纤维、5份辛酸亚锡分别投入双螺旋搅拌机中进行充分混合搅拌，搅拌10min左右，将分散均匀的混合浆料装入桶Ⅰ1中进行封存，记为组分A；

(2)将50份粘度为180mPa·s的多亚甲基多苯基异氰酸酯装入桶Ⅱ2中进行封存，记为组分B；

(3)将桶Ⅰ1里的A组分，桶Ⅱ2里的B组分同时运输到井下作业现场后，放置在可移动的喷浆装置的后方，在井下进行移动喷浆，A组分通过高压软管Ⅰ3抽入注浆泵5中；同时，B组分通过高压软管Ⅱ4抽入注浆泵5中，通过注浆泵5输出两种组分至双液混合器6中，在双液混合器6中进行初步混合，打开高压阀门7，双组分混合喷浆浆料被注浆泵5输送至混合腔体8中进行二次混合，浆料混合均匀后由喷嘴喷射到巷道的表面进行封闭支护。

实施例2

用于支护煤矿井下巷道的双组份混合喷浆材料，按照以下步骤进行：

(1)首先，将70份聚醚多元醇、20份粒径为0.2mm的超细粉煤灰、20份粒径为0.3mm的超细矿渣微粉、15份磷酸三(2-氯丙基)酯、10份萘磺酸甲醛缩合物、5份长度为6mm的丝状聚丙烯纤维、5份辛酸亚锡分别投入双螺旋搅拌机中进行充分混合搅拌，搅拌12min左右，将分散均匀的混合浆料装入桶Ⅰ1中进行封存，记为组分A；

(2)将70份粘度为190mPa·s的多亚甲基多苯基异氰酸酯装入桶Ⅱ2中进行封存，记为组分B；

(3)将桶Ⅰ1里的A组分，桶Ⅱ2里的B组分同时运输到井下作业现场后，放置在可移动的喷浆装置的后方，在井下进行移动喷浆，A组分通过高压软管Ⅰ3抽入注浆泵5中；同时，B组分通过高压软管Ⅱ4抽入注浆泵5中，通过注浆泵5输出两种组分至双液混合器6中，在双液混合器6中进行初步混合，打开高压阀门7，双组分混合喷浆浆料被注浆泵5输送至混合腔体8中进行二次混合，浆料混合均匀后由喷嘴喷射到巷道的表面进行封闭支护。

实施例3

用于支护煤矿井下巷道的双组份混合喷浆材料，按照以下步骤进行：

(1)首先，80份聚醚多元醇、20份粒径为0.4mm的超细硅粉、20份粒径为0.4mm的超细矿渣微粉、20份磷酸三(2-氯丙基)酯、5份萘磺酸甲醛缩合物、5份长度为7mm的丝状聚丙烯纤维、5份辛酸亚锡分别投入双螺旋搅拌机中进行充分混合搅拌，搅拌10min左右，将分散均匀的混合浆料装入桶Ⅰ1中进行封存，记为组分A；

(2)将80份粘度为200mPa·s的多亚甲基多苯基异氰酸酯装入桶Ⅱ2中进行封存，记为组分B；

(3)将桶Ⅰ1里的A组分，桶Ⅱ2里的B组分同时运输到井下作业现场后，放置在可移动的喷浆装置的后方，在井下进行移动喷浆，A组分通过高压软管Ⅰ3抽入注浆泵5中；同时，B组分通过高压软管Ⅱ4抽入注浆泵5中，通过注浆泵5输出两种组分至双液混合器6中，在双液混合器6中进行初步混合，打开高压阀门7，双组分混合喷浆浆料被注浆泵5输送至混合腔体8中进行二次混合，浆料混合均匀后由喷嘴喷射到巷道的表面进行封闭支护。

实施例4

用于支护煤矿井下巷道的双组份混合喷浆材料，按照以下步骤进行：

(1)首先，100份聚醚多元醇、30份粒径为0.3mm的超细硅粉、30份粒径为0.5mm的超细粉煤灰、25份磷酸三(2-氯丙基)酯、10份萘磺酸甲醛缩合物、5份长度为5mm的丝状聚丙烯纤维、5份辛酸亚锡分别投入双螺旋搅拌机中进行充分混合搅拌，搅拌10min左右，将分散均匀的混合浆料装入桶Ⅰ1中进行封存，记为组分A；

(2)将100份粘度为230mPa·s的多亚甲基多苯基异氰酸酯装入桶Ⅱ2中进行封存，记为组分B；

(3)将桶Ⅰ1里的A组分，桶Ⅱ2里的B组分同时运输到井下作业现场后，放置在可移动的喷浆装置的后方，在井下进行移动喷浆，A组分通过高压软管Ⅰ3抽入注浆泵5中；同时，B组分通过高压软管Ⅱ4抽入注浆泵5中，通过注浆泵5输出两种组分至双液混合器6中，在双液混合器6中进行初步混合，打开高压阀门7，双组分混合喷浆浆料被注浆泵5输送至混合腔体8中进行二次混合，浆料混合均匀后由喷嘴喷射到巷道的表面进行封闭支护。

将实例1-4中的喷浆材料制成100*100的圆柱体标准试样，并对试样进行抗压强度试验、抗拉强度试验以及回弹率的测定实验，测定结果如表1所示：

表1四个实施例的试样测定结果

当然，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。

Claims (8)

1.用于支护煤矿井下巷道的双组份混合喷浆材料，其特征在于，由A组分和B组分构成，其中，A组分中的聚醚多元醇与B组分的比例为1:1，A组分包括以下质量份数的原料：聚醚多元醇50-100份；超细骨料20-80份；阻燃剂10-30份；减水剂5-20份；聚丙烯纤维1-5份；催化剂1-5份；B组分为质量份数为50-100份的异氰酸酯。

2.如权利要求1所述的用于支护煤矿井下巷道的双组份混合喷浆材料，其特征在于，A组分中的聚醚多元醇的官能度为4.5，羟值为500mgKOH/g，粘度为6000mPa·s。

3.如权利要求1所述的用于支护煤矿井下巷道的双组份混合喷浆材料，其特征在于，A组分中的超细骨料的粒径为0.1-0.5mm，超细骨料选自粉煤灰、矿渣微粉、硅粉、细砂的一种或几种。

4.如权利要求3所述的用于支护煤矿井下巷道的双组份混合喷浆材料，其特征在于，当超细骨料选用两种或两种以上的超细物料进行混合时，选用的超细粉煤灰、矿渣微粉、硅粉和细沙的质量份数相同。

5.如权利要求1所述的用于支护煤矿井下巷道的双组份混合喷浆材料，其特征在于，A组分中的阻燃剂为磷酸三(2-氯丙基)酯，减水剂为萘磺酸甲醛缩合物，聚丙烯纤维的长度为5-10mm，催化剂为锡类催化剂中的辛酸亚锡。

6.如权利要求1所述的用于支护煤矿井下巷道的双组份混合喷浆材料，其特征在于，B组分的异氰酸酯(MDI)为多亚甲基多苯基异氰酸酯，粘度为150-250mPa·s，—NCO含量为30％～32％。

7.如权利要求1-6中任一所述的双组份混合喷浆材料的喷浆装置，其特征在于，包括桶Ⅰ、桶Ⅱ、注浆泵、双液混合器和混合腔体，桶Ⅰ、桶Ⅱ分别通过高压软管Ⅰ、高压软管Ⅱ与注浆泵相连，注浆泵的底部还与双液混合器的两个分支管路连接，双液混合器的总管路与混合腔体相连，双液混合器与混合腔体之间还设置有高压阀门。

8.用于支护煤矿井下巷道的双组份混合喷浆材料的喷浆方法，采用如权利要求7所述的喷浆装置，其特征在于，按照以下步骤进行：

(1)首先将A组分中的聚醚多元醇、超细骨料、阻燃剂、减水剂、催化剂、聚丙烯纤维按一定的配比投入双螺旋搅拌机中进行充分混合搅拌，然后将分散均匀的混合浆料装入桶Ⅰ进行封存，记为组分A；

(2)将一定量的异氰酸酯装入桶Ⅱ进行封存，记为组分B；

(3)将桶Ⅰ里的A组分，桶Ⅱ里的B组分同时运输到井下作业现场后，放置在可移动的喷浆装置的后方，在井下进行移动喷浆，A组分通过高压软管Ⅰ抽入注浆泵中；同时，B组分通过高压软管Ⅱ抽入注浆泵中，通过注浆泵输出两种组分至双液混合器中，在双液混合器中进行初步混合，打开高压阀门，双组分混合喷浆浆料被注浆泵输送至混合腔体中进行二次混合，浆料混合均匀后由喷嘴喷射到巷道的表面进行封闭支护。