CN111620654A - 一种无机双组份注浆加固材料 - Google Patents

一种无机双组份注浆加固材料 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种无机双组份注浆加固材料，包括A组材料和B组材料；按重量份，所述A组材料的组分包括：硫铝酸盐水泥40～80、石膏5～20、A组外加剂0.1～5；所述B组材料的组分包括：普通硅酸盐水泥60～90、B组外加剂0.1～10。本发明比水泥的固化周期短，不会耽误开采效率，而且不含聚氨酯，主要由无机材料组成，在使用过程中，不易产生热量积聚，安全性更好，并且凝固后的材料抗折和抗压性能优良，完全能够满足煤层间隙的充填加固需要。

Description

一种无机双组份注浆加固材料
技术领域
本发明涉及充填加固材料领域，具体地说涉及一种无机双组份注浆加固材料。
背景技术
目前，开采煤炭仍是我国一项重要的工业发展，然而在开采过程中，矿井下仍存在许多开采难题，比如，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，就会加大开采难度，极易造成事故的产生。
现有技术解决上述问题的手段是将工业水泥或者聚氨酯材料注入煤层间隙中，以此进行加固，然而水泥的固化周期长，严重耽误了开采效率，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
本发明所要解决的技术问题是提供一种固化周期短，安全性更好，能够满足煤层间隙的充填加固需要的无机双组份注浆加固材料。
为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：一种无机双组份注浆加固材料，包括A组材料和B组材料；
按重量份，所述A组材料的组分包括：硫铝酸盐水泥40～80、石膏5～20、A组外加剂0.1～5；所述B组材料的组分包括：普通硅酸盐水泥60～90、B组外加剂0.1～10。
进一步地，按重量份，所述A组外加剂的组分包括：纤维素醚15～25，聚羧酸减水剂40～60、膨胀剂16～24、消泡剂8～12；所述B组外加剂的组分包括:纤维素醚10～20，聚羧酸减水剂40～50、膨胀剂13～17、消泡剂20～30。
进一步地，所述聚羧酸减水剂按以下方法制备而成：
(1)将聚乙二醇单甲醚、烯丙基聚乙二醇、丙烯酸、链转移剂和引发剂加入到溶剂中，聚乙二醇单甲醚、烯丙基聚乙二醇、丙烯酸、链转移剂、引发剂的摩尔比为1：2～4：1～2：0.15～0.25：0.2～0.3，在50～70℃下反应4～6h，得到预聚体溶液；
(2)将丙烯酰胺和乙酸丁酯加入到预聚体溶液中，预聚体溶液所用的聚乙二醇单甲醚、丙烯酰胺、乙酸丁酯的摩尔比为1：2～3：4～6，在60～90℃下反应4～6h，除去不溶物和溶剂，得到所述聚羧酸减水剂。
链转移剂可以选自巯基乙醇、甲基丙烯磺酸钠、巯基丙酸中的任意一种；引发剂可以选自异丙苯过氧化氢、过氧化苯甲酸叔丁酯、过氧化叔戊酸叔丁酯、过氧化二碳酸二环己酯、过氧化苯甲酰中的任意一种。
进一步地，所述溶剂为甲苯、甲醇、苯甲醚、四氢呋喃中的任意一种，用量为聚乙二醇单甲醚、烯丙基聚乙二醇、丙烯酸、丙烯酸、链转移剂和引发剂的总质量的3～6倍。
进一步地，按重量份，所述膨胀剂的组分包括：氧化镁2～4、过氧化钙10～15、黏土5～8、粉煤灰1～2。
进一步地，所述消泡剂选自油酸二乙烯三胺、磷酸二丁酯、有机硅消泡剂中的任意一种。
本发明无机双组份注浆加固材料的使用方法，包括以下步骤：将A组材料和B组材料分别按0.35的水灰比混合搅拌均匀，然后再按体积比1：1的比例混合进行注浆。
本发明的有益效果体现在：
本发明比水泥的固化周期短，不会耽误开采效率，而且不含聚氨酯，主要由无机材料组成，在使用过程中，不易产生热量积聚，安全性更好，并且凝固后的材料抗折和抗压性能优良，完全能够满足煤层间隙的充填加固需要。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步描述：
以下实施例所使用的各种原料，如未作特别说明，均为本领域公知的市售产品。
本发明的初衷是为了设计一种比水泥的固化周期短，不含聚氨酯，主要由无机材料构成的不易产生热量积聚的填充加固材料，以应用在矿井下的煤层间隙加固，其由A组材料和B组材料组成，按重量份，所述A组材料的组分包括：硫铝酸盐水泥40～80、石膏5～20、A组外加剂0.1～5；所述B组材料的组分包括：普通硅酸盐水泥60～90、B组外加剂0.1～10。其中，按重量份，所述A组外加剂的组分包括：纤维素醚15～25，聚羧酸减水剂40～60、膨胀剂16～24、消泡剂8～12；所述B组外加剂的组分包括:纤维素醚10～20，聚羧酸减水剂40～50、膨胀剂13～17、消泡剂20～30。下面给出几组实施例的重量份配比如下：
实施例1
无机双组份注浆加固材料
A组材料的组分为：硫铝酸盐水泥60、石膏12、A组外加剂3，其中，A组外加剂的组分为：纤维素醚20，聚羧酸减水剂50、膨胀剂20、消泡剂油酸二乙烯三胺10；
B组材料的组分为：普通硅酸盐水泥75、B组外加剂5，其中，B组外加剂的组分为:纤维素醚15，聚羧酸减水剂45、膨胀剂15、消泡剂油酸二乙烯三胺25。
A、B组材料中，按重量份，所述膨胀剂的组分为：氧化镁3、过氧化钙12、黏土7、粉煤灰1.5；另外，聚羧酸减水剂按以下方法制备而成：
(1)将聚乙二醇单甲醚、烯丙基聚乙二醇、丙烯酸、链转移剂和引发剂加入到溶剂甲醇中，聚乙二醇单甲醚、烯丙基聚乙二醇、丙烯酸、链转移剂、引发剂的摩尔比为1:3：1.5：0.2：0.25，溶剂用量为聚乙二醇单甲醚、烯丙基聚乙二醇、丙烯酸、丙烯酸、链转移剂和引发剂的总质量的5倍，在温度为60℃下反应5h，得到预聚体溶液；
(2)将丙烯酰胺和乙酸丁酯加入到预聚体溶液中，预聚体溶液所用的聚乙二醇单甲醚、丙烯酰胺、乙酸丁酯的摩尔比为1：2.5：5，在75℃下反应5h，过滤除去不溶物，蒸发除去溶剂，得到所述聚羧酸减水剂。
实施例2
无机双组份注浆加固材料
A组材料的组分为：硫铝酸盐水泥40、石膏5、A组外加剂0.1，其中，A组外加剂的组分为：纤维素醚15，聚羧酸减水剂60、膨胀剂16、消泡剂磷酸二丁酯12；
B组材料的组分为：普通硅酸盐水泥60、B组外加剂0.1，其中，B组外加剂的组分为:纤维素醚20，聚羧酸减水剂40、膨胀剂17、消泡剂磷酸二丁酯20。
A、B组材料中，按重量份，所述膨胀剂的组分为：氧化镁2、过氧化钙10、黏土5、粉煤灰1；另外，聚羧酸减水剂按以下方法制备而成：
(1)将聚乙二醇单甲醚、烯丙基聚乙二醇、丙烯酸、链转移剂和引发剂加入到溶剂甲苯中，聚乙二醇单甲醚、烯丙基聚乙二醇、丙烯酸、链转移剂、引发剂的摩尔比为1：2：2：0.15：0.2，溶剂用量为聚乙二醇单甲醚、烯丙基聚乙二醇、丙烯酸、丙烯酸、链转移剂和引发剂的总质量的4倍，在温度为50℃下反应6h，得到预聚体溶液；
(2)将丙烯酰胺和乙酸丁酯加入到预聚体溶液中，预聚体溶液所用的聚乙二醇单甲醚、丙烯酰胺、乙酸丁酯的摩尔比为1：3：4，在90℃下反应4h，过滤除去不溶物，蒸发除去溶剂，得到所述聚羧酸减水剂。
实施例3
无机双组份注浆加固材料
A组材料的组分为：硫铝酸盐水泥80、石膏20、A组外加剂5，其中，A组外加剂的组分为：纤维素醚25，聚羧酸减水剂40、膨胀剂24、有机硅消泡剂8；
B组材料的组分为：普通硅酸盐水泥90、B组外加剂10，其中，B组外加剂的组分为:纤维素醚10，聚羧酸减水剂50、膨胀剂13、有机硅消泡剂30。
A、B组材料中，按重量份，所述膨胀剂的组分为：氧化镁4、过氧化钙15、黏土8、粉煤灰2；另外，聚羧酸减水剂按以下方法制备而成：
(1)将聚乙二醇单甲醚、烯丙基聚乙二醇、丙烯酸、链转移剂和引发剂加入到溶剂苯甲醚中，聚乙二醇单甲醚、烯丙基聚乙二醇、丙烯酸、链转移剂、引发剂的摩尔比为1：4：1：0.25：0.3，溶剂用量为聚乙二醇单甲醚、烯丙基聚乙二醇、丙烯酸、丙烯酸、链转移剂和引发剂的总质量的6倍，在温度为70℃下反应4h，得到预聚体溶液；
(2)将丙烯酰胺和乙酸丁酯加入到预聚体溶液中，预聚体溶液所用的聚乙二醇单甲醚、丙烯酰胺、乙酸丁酯的摩尔比为1：2：6，在60℃下反应6h，过滤除去不溶物，蒸发除去溶剂，得到所述聚羧酸减水剂。
实施例4
无机双组份注浆加固材料的性能检测
将实施例1的A组材料和B组材料分别按0.35的水灰比混合搅拌均匀，然后再按体积比1：1的比例混合进行注浆。检测凝结时间以及凝固后的材料性能，结果见下表1：
表1
Figure BDA0002529420230000041
Figure BDA0002529420230000051
从表1可以看出本发明无机双组份注浆加固材料能够在很短的时间内凝固，并且凝固后的材料抗折和抗压性能优良，完全能够满足煤层间隙的充填加固需要。
实施例5
膨胀剂对材料性能的影响
经过研究，发明人发现聚羧酸减水剂的使用的烯丙基聚乙二醇、乙酸丁酯的含量对最终材料的性能有着较大的影响，下面，在实施例1的基础上，通过改变聚羧酸减水剂的配比，比较材料的性能，提供几组对比试验，配比及结果如下表2和3所示：
表2
Figure BDA0002529420230000052
表3
Figure BDA0002529420230000053
Figure BDA0002529420230000061
应当理解本文所述的例子和实施方式仅为了说明，并不用于限制本发明，本领域技术人员可根据它做出各种修改或变化，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种无机双组份注浆加固材料，其特征在于：包括A组材料和B组材料；
按重量份，所述A组材料的组分包括：硫铝酸盐水泥40～80、石膏5～20、A组外加剂0.1～5；所述B组材料的组分包括：普通硅酸盐水泥60～90、B组外加剂0.1～10。
2.如权利要求1所述的无机双组份注浆加固材料，其特征在于：按重量份，所述A组外加剂的组分包括：纤维素醚15～25，聚羧酸减水剂40～60、膨胀剂16～24、消泡剂8～12；所述B组外加剂的组分包括:纤维素醚10～20，聚羧酸减水剂40～50、膨胀剂13～17、消泡剂20～30。
3.如权利要求2所述的无机双组份注浆加固材料，其特征在于：所述聚羧酸减水剂按以下方法制备而成：
(1)将聚乙二醇单甲醚、烯丙基聚乙二醇、丙烯酸、链转移剂和引发剂加入到溶剂中，聚乙二醇单甲醚、烯丙基聚乙二醇、丙烯酸、链转移剂、引发剂的摩尔比为1：2～4：1～2：0.15～0.25：0.2～0.3，在50～70℃下反应4～6h，得到预聚体溶液；
(2)将丙烯酰胺和乙酸丁酯加入到预聚体溶液中，预聚体溶液所用的聚乙二醇单甲醚、丙烯酰胺、乙酸丁酯的摩尔比为1：2～3：4～6，在60～90℃下反应4～6h，除去不溶物和溶剂，得到所述聚羧酸减水剂。
4.如权利要求2所述的无机双组份注浆加固材料，其特征在于：按重量份，所述膨胀剂的组分包括：氧化镁2～4、过氧化钙10～15、黏土5～8、粉煤灰1～2。
5.如权利要求2所述的无机双组份注浆加固材料，其特征在于：所述消泡剂选自油酸二乙烯三胺、磷酸二丁酯、有机硅消泡剂中的任意一种。
6.如权利要求1至5中任一项所述的无机双组份注浆加固材料的使用方法，其特征在于：包括以下步骤：将A组材料和B组材料分别按0.35的水灰比混合搅拌均匀，然后再按体积比1：1的比例混合进行注浆。
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