CN110669200A - 一种低温改性注浆加固材料 - Google Patents

一种低温改性注浆加固材料 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种低温改性注浆加固材料，由A、B两组材料等体积混合组成，其中A料由水玻璃、催化剂(ZR70)、多元醇组成；B料由多异氰酸酯、聚醚多元醇、复合植物酯、阻燃剂、抗静电剂组成，本发明的有益效果是材料反应所产生的温度控制在67℃～80℃，注浆后减少热量的积聚，很好地预防了煤炭自燃。同时保证不会产生有害气体，保证了施工人员的健康安全。材料反应初期流动性好，可迅速渗透进入围岩、煤层裂隙空间，对围岩、煤层进行充填加固。材料粘接性强，凝固时间短，固化后抗压强度可达40MPa以上，使得围岩、煤层整体性稳定，不易片冒。

Description

一种低温改性注浆加固材料
技术领域
本发明涉及围岩、煤层充填加固粘结的技术领域，特别涉及一种低温改性注浆加固材料。
背景技术
目前我国开采煤炭仍是一项重要的工业发展，在矿井下仍存在许多的开采难题，在深层煤矿开采中，底层的煤矿结构庞大且复杂，一旦在开采中遇到围岩、煤层间隙过大或破碎松散的情况时，就会加大开采难度，极易造成事故的产生。在现有的开采煤矿技术中仍存在着许多不足之处，例如，将工业水泥注入煤层间隙中，水泥的固化周期长，严重耽误了开采效率，或者使用聚氨酯材料，但聚氨酯材料的成本较高，而且在反应时会散发出巨大的热量，当温度太高时会引起煤炭的自然，严重时发生爆炸。
发明内容
本发明的目的在于提供一种低温改性注浆加固材料，以解决上述背景技术中提出的聚氨酯材料反应时温度过高而产生热量的积聚，导致温度升高引起煤炭自然，严重时发生爆炸的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种低温改性注浆加固材料，由A、B两组材料等体积混合组成，其中A料由水玻璃、催化剂(ZR70)、多元醇组成；B料由多异氰酸酯、聚醚多元醇、复合植物酯、阻燃剂、抗静电剂组成。
作为本发明的一种优选技术方案，所述A料配重比为：
水玻璃为90～97％；
催化剂(ZR70)为0.25～0.8％；
多元醇为2～4％
抗静电剂：1.5-2.5％。
作为本发明的一种优选技术方案，所述B料配重比为：
多异氰酸酯为40～60％；
聚醚多元醇为8～10％；
低聚醚多元醇为2～8％；
复合植物酯为10～16％；
抗氧化剂为1.5～2.5％；
阻燃剂为2.5～4.5％。
作为本发明的一种优选技术方案，所述A料中水玻璃与催化剂(ZR70)的调和比例为100：1。
作为本发明的一种优选技术方案，所述A料中催化剂(ZR70)为二月桂酸二丁基锡、辛酸亚锡、三乙烯二胺、五甲基二亚乙基三胺、N-乙基吗啉、三乙烯二胺中的一种或多种以任意比例混合。
作为本发明的一种优选技术方案，所述B料中多异氰酸酯一般为甲苯二异氰酸酯(TDI),二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI),2,6-二异氰酸酯甲基已酸酯(LDI),多亚甲基多苯基多异氰酸酯(PAPI)等。
作为本发明的一种优选技术方案，所述B料阻燃剂为磷酸三酯(TCPP)，所述阻燃剂溶于醇、苯、酯、四氯化碳等有机溶剂。
作为本发明的一种优选技术方案，制备步骤如下：
(1)A料的制备
将称量好的水玻璃、催化剂(ZR70)、多元醇和水加入容器，室温下搅拌30～60min，再加入抗静电剂混合搅拌均匀，备用；
(2)B料的制备
将称量好的多异氰酸酯、聚醚多元醇、低聚醚多元醇混合，室温下搅拌一个小时后，80℃下保温3个小时，取出，冷却至室温后再加入复合植物酯、阻燃剂和抗氧化剂混合搅拌均匀，备用：
(3)低温高粘结性有机高分子材料的制备
将制备好的A料和B料以1：1体积混合后进行机械搅拌90～100s，即可得到固化后的低温高粘结性有机高分子材料。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
(1)通过对水玻璃和聚氨酯的改性及优化，使得A料与B料在混合时的所产生的温度控制在67℃～80℃，很好的预防了煤炭自燃，同时保证散发出的热量不会与空气中的粉尘发生爆炸，避免了工作人员的安全隐患。
(2)通过对水玻璃和聚氨酯的改性及优化，当等体积的A料与B料通过气动注浆泵输送出来时，再通过机械搅拌90～100s后喷射到煤层表面，材料粘贴在煤层表面可迅速钻孔渗透粘结，周期短、效率高，且材料粘接性强，强度可达40MPa,使得煤矿开采时形成整体不易塌方。
附图说明
图1为本发明的温度变化与煤炭周期变化示意图；
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。
实例1
一种低温改性注浆加固材料，由A、B料等体积混合制成，A料由90％的水玻璃、0.5％的催化剂(ZR70)、4％的多元醇和水混合而成，B料由50％的多异氰酸酯、6.75％的聚醚多元醇、4％的低聚醚多元醇、6.75％的二乙二醇、12％的复合植物酯、2％的有机硅、4％的磷酸三氯乙酯和1％的抗氧剂混合而成。
将称量好的A料组分和B料组分按1：1等体积混合，再通过搅拌装置在容器中进行搅拌90～100s后迅速将温度计插入装有材料的容器中，测量材料所产生的温度为80℃，该温度在适用于煤矿下为临界温度以下，不会使煤矿自燃和与空气中高浓度的粉尘混合爆炸，属于安全温度，同时满足了该材料的低温特性。
实例2
一种低温改性注浆加固材料，由A、B料等体积混合制成，A料由90％的水玻璃、0.5％的催化剂(ZR70)、4％的多元醇、水和抗静电剂混合而成，B料由60％的多异氰酸酯、8％的聚醚多元醇、5％的低聚醚多元醇、8％的二乙二醇、15％的复合植物酯、2％的有机硅、4％的磷酸三氯乙酯和2％的抗氧剂混合而成。
将称量好的A料组分和B料组分按1：1等体积混合，再通过搅拌装置在容器中进行搅拌90～100s，将搅拌均匀的加固材料迅速倒入模具中，材料迅速凝固，将模具中的材料取出后测量其抗压强度为41.3Mpa，测得的材料强度符合国家要求的强度。
实例3
一种低温改性注浆加固材料，由A、B料等体积混合制成，A料由90％的水玻璃、0.5％的催化剂(ZR70)、4％的多元醇和水混合而成，B料由60％的多异氰酸酯、8％的聚醚多元醇、3％的低聚醚多元醇、8％的二乙二醇、10％的复合植物酯、2％的有机硅、4％的磷酸三氯乙酯和1％的阻燃剂，再加入2‰的碳纤维混合而成。
将称量好的A料组分和B料组分按1：1等体积混合，再通过搅拌装置在容器中进行搅拌90～100s，将搅拌均匀的加固材料迅速倒入模具中，材料迅速凝固，将模具中的材料取出后测量其抗压强度为48.9Mpa,明显高于国家标准强度，所以该实验说明加入碳纤维会使材料整体抗压强度变高满足材料的高强度特点。
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)

1.一种低温改性注浆加固材料，其特征在于：由A、B两组材料等体积混合组成，其中A料由水玻璃、催化剂(ZR70)、多元醇组成；B料由多异氰酸酯、聚醚多元醇、复合植物酯、阻燃剂、抗静电剂组成。
2.根据权利要求1所述的一种低温改性注浆加固材料，其特征在于：所述A料配重比为：
水玻璃为90～97％；
催化剂(ZR70)为0.25～0.8％；
多元醇为2～4％。
抗静电剂：1.5～2.5％
3.根据权利要求1所述的一种低温改性注浆加固材料，其特征在于：所述B料配重比为：
多异氰酸酯为40～70％；
聚醚多元醇为8～10％；
低聚醚多元醇为2～8％；
复合植物酯为10～16％；
抗氧化剂1.5～2.5％；
阻燃剂为2.5～4.5％。
4.根据权利要求1所述的一种低温改性注浆加固材料，其特征在于：所述A料中水玻璃与催化剂(ZR70)的调和比例为100∶1。
5.根据权利要求1所述的一种低温改性注浆加固材料，其特征在于：所述A料中催化剂(ZR70)为二月桂酸二丁基锡、辛酸亚锡、三乙烯二胺、五甲基二亚乙基三胺、N-乙基吗啉、三乙烯二胺中的一种或多种以任意比例混合。
6.根据权利要求1所述的一种低温改性注浆加固材料，其特征在于：所述B料中多异氰酸酯选自甲苯二异氰酸酯(TDI),二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI),2,6-二异氰酸酯甲基已酸酯(LDI),多亚甲基多苯基多异氰酸酯(PAPI)。
7.根据权利要求1所述的一种低温改性注浆加固材料，其特征在于：所述B料阻燃剂为磷酸三酯(TCPP)。
8.根据权利要求1所述的一种低温改性注浆加固材料制备方法，其特征在于，制备步骤如下：
(1)A料的制备
将称量好的水玻璃、催化剂(ZR70)、多元醇、水加入容器中，室温下搅拌30～60min，再加入抗静电剂混合搅拌均匀，备用；
(2)B料的制备
将称量好的多异氰酸酯、聚醚多元醇、低聚醚多元醇混合，室温下搅拌一个小时后，80℃下保温3个小时，取出，冷却至室温后再加入复合植物酯、阻燃剂和抗氧化剂混合搅拌均匀，备用：
(3)低温高粘结性有机高分子材料的制备
将制备好的A料和B料以1∶1体积混合后进行机械搅拌60～100s，即可得到固化后的低温高粘结性有机高分子材料。
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