CN112062523A - 一种用于煤矿巷道加固美化支护封闭的薄喷材料及其制备与使用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于煤矿巷道加固美化支护封闭的薄喷材料及其制备与使用方法，该薄喷材料由以下质量百分比的组分制成：30％～40％硅酸盐水泥，10％～20％粉煤灰，10％～20％铸石粉，1％～5％高岭土，0.01％～1％增稠剂，0.01％～0.5％可再分散乳胶粉，0.01％～0.5％减水剂，0.5％～8％聚氧化乙烯，余量为水。使用时先将原料配制成浆料，然后再现场进行喷涂。本发明的薄喷材料具有优良的水化成膜性、抗拉强度及粘结强度，成本低，能够快速固化，不回弹，不自燃，表面光滑，安全可靠。
Description
技术领域
本发明涉及煤矿巷道加固支护技术领域，具体涉及一种用于煤矿巷道加固美化支护封闭的薄喷材料及其制备与使用方法。
背景技术
近年来我国国民经济持续快速发展，电力、冶金、建材、化工等行业的高速发展导致了对煤炭需求的大幅度增加，消费逐年递增。我国煤矿主要是地下开采，需要在井下开掘大量巷道，巷道地层多为砂岩页岩等，具有不稳定、易风化的特点。因此，采用巷道支护来保持巷道畅通和围岩稳定对煤矿建设与生产具有重要意义。对巷道进行支护的基本目的在于缓和及减少围岩的移动，使巷道断面不致过度缩小，同时防止已散离和破坏的围岩冒落。
目前采用锚网支护后进行喷涂混凝土或者砂浆的方法，来达到封闭支护的效果，但传统的混凝土支护技术存在诸多缺点。井下潮湿的环境经常引起金属锚网的腐蚀及混凝土喷涂层的表面的严重风化，降低支护层使用寿命并对巷道工作人员的安全构成严重威胁；传统混凝土的粘结性不足，回弹率高，不仅造成原料的大量损失，而且对喷涂操作人员身体健康不利，且浆料不均匀，喷涂固化后表面粗糙，达不到美化巷道的效果。混凝土喷层难以与岩石形变同步，从而造成喷层的脱落。
近年来，由研究者经观察锚喷支护效果，提出混凝土喷层并不起主要承载作用，并经过理论分析和现场试验，提出当调整锚网参数合适时，已经足以起到支护作用。因此本发明提出了一种新型的矿用薄喷材料，在克服传统的喷射混凝土回弹率高，用量大，粘结力低等缺点的同时，更注重于巷道的封闭美化等功能。
发明内容
本发明的目的之一是提供一种用于煤矿巷道加固美化支护封闭的薄喷材料，其表面光滑美观，粘结性能好，封闭性好，耐水性好，适合井下潮湿环境作业。
本发明的目的之二是提供上述用于煤矿巷道加固美化支护封闭的薄喷材料的制备方法，工艺简单。
本发明的目的之三是提供一种用于煤矿巷道加固美化支护封闭的薄喷材料的使用方法，易于施工。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：一种用于煤矿巷道加固美化支护封闭的薄喷材料，由以下质量百分比的组分制成：30％～40％硅酸盐水泥，10％～20％粉煤灰，10％～20％铸石粉，1％～5％高岭土，0.01％～1％增稠剂，0.01％～0.5％可再分散乳胶粉，0.01％～0.5％减水剂，0.5％～8％聚氧化乙烯，余量为水。
优选的，所述用于煤矿巷道加固美化支护封闭的薄喷材料由以下质量百分比的组分制成：30％硅酸盐水泥，10％粉煤灰，10％铸石粉，1％高岭土，0.01％增稠剂，0.5％可再分散乳胶粉，0.01％减水剂，1％聚氧化乙烯，余量为水。
优选的，所述硅酸盐水泥为P.O.42.5、P.O.52.5、P.O.62.5普通硅酸盐水泥中的一种。
优选的，所述粉煤灰为320目二级粉煤灰，具有降低薄喷材料的成本，降低水泥的水化热，通过火山灰效应提高薄喷材料后期强度的作用。
优选的，所述增稠剂为丙三醇，在水中具有良好相溶性，易调节浆料黏度，并且作为水泥砂浆的保水剂、缓凝剂使砂浆具有泵送性，提高涂抹性和延长可操作时间。
优选的，所述可再分散乳胶粉为乙烯-醋酸乙烯共聚物(EVA)胶粉，对浆料触变性保水性没有任何不利影响，有效提高浆料的塑性和粘合力。
优选的，所述减水剂为萘系减水剂，具有超分散型，能防止混凝土坍落度损失而不引起明显缓凝，低掺量下发挥较高的塑化效果。
本发明还提供上述用于煤矿巷道加固美化支护封闭的薄喷材料的制备方法，具体步骤如下：
(1)按配比称取聚氧化乙烯粉体并加入一定量的水中，在0～35℃水浴下搅拌2～4小时，使其完全溶解，得到聚氧化乙烯溶液；
(2)按配比称取硅酸盐水泥、粉煤灰、铸石粉、高岭土、增稠剂、减水剂、可再分散乳胶粉，搅拌均匀后加入一定量的水，在1200～1500r/min转速下搅拌5～10min，得到混合浆料备用；
(3)将步骤(1)得到的聚氧化乙烯溶液加入步骤(2)得到的混合浆料中，再加入一定量的水，在1500～2000r/min转速下搅拌2～5min，超声5～10min，得到薄喷材料。
本发明还提供上述用于煤矿巷道加固美化支护封闭的薄喷材料的使用方法，具体步骤是：将预先混合好的薄喷材料投入喷射机料仓；在喷涂前，预先进行作业现场清理工作，拆除作业面障碍物，清理浮石、岩渣堆积物等，预埋控制喷射薄喷材料浆料厚度的标志；选择适合的风压和喷射距离，保证浆料喷涂均匀。
与现有技术相比，本发明的薄喷材料克服了传统喷射混凝土材料体系效率低、能耗高、污染严重等缺点，在达到传统喷浆效果的同时能够快速施工，且粉尘低，回弹率小，材料绿色环保用量少，粘结强度和抗拉强度高，表面光洁细致，不易开裂，可以有效起到阻止围岩风化和支护、美化巷道的作用。同时，该薄喷材料施工费用小，施工速度快，材料消耗少，节约成本，具有良好的经济效益和巨大的应用前景。
附图说明
图1是本发明实施例1制得的薄喷材料固化后的SEM图；
图2是本发明实施例1-9制得的薄喷材料的拉伸曲线图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。
以下实施例中，所用原料未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
以下实施例中所用原料均为以下要求：所述粉煤灰为320目二级粉煤灰，所述铸石粉的细度为200～400目，所述高岭土的细度为1000～3000目，所述乙烯-醋酸乙烯共聚物胶粉的玻璃化转变温度为-7℃～+12℃，所述萘系减水剂的减水率不低于14％，所述聚氧化乙烯的相对分子质量在60～300万之间，水为自来水或饮用水，符合《混凝土用水标准》(JGJ63-2006)的要求。
实施例1
一种用于煤矿巷道加固美化支护封闭的薄喷材料，由以下质量百分比的组分制成：30％P.O.42.5普通硅酸盐水泥，10％二级粉煤灰，10％铸石粉，1％高岭土，0.01％丙三醇，0.5％乙烯-醋酸乙烯共聚物胶粉，0.01％萘系减水剂，1％聚氧化乙烯，余量为水。
具体制备步骤如下：
步骤一，按配比称取一定质量的聚氧化乙烯粉体，加入盛有一定量水的反应容器中，在0～85℃水浴下搅拌2～4小时，搅拌均匀，形成聚氧化乙烯溶液；
步骤二，按配比称取硅酸盐水泥、粉煤灰、铸石粉、高岭土、丙三醇、萘系减水剂、乙烯-醋酸乙烯共聚物胶粉，搅拌均匀后加入一定量的水，在1200～1500r/min转速下搅拌5～10min，得到混合浆料；
步骤三，将步骤一中的聚氧化乙烯浆料加入上述混合浆料中，在1500～2000r/min转速下搅拌2～5min，超声5～10min，得到薄喷材料。
将本实施例制备的材料固化后置于扫描电镜(SEM)下观察，显示材料表面互相粘连，呈致密的片状整体，聚合物材料贯穿于无机材料之间。因此，材料整体的粘结性能较好。
实施例2
一种用于煤矿巷道加固美化支护封闭的薄喷材料，由以下质量百分比的组分制成：40％P.O.42.5普通硅酸盐水泥，10％二级粉煤灰，10％铸石粉，1％高岭土，0.02％丙三醇，0.3％乙烯-醋酸乙烯共聚物胶粉，0.03％萘系减水剂，2％聚氧化乙烯，余量为水。
其制备方法同实施例1。
实施例3
一种用于煤矿巷道加固美化支护封闭的薄喷材料，由以下质量百分比的组分制成：40％P.O.42.5普通硅酸盐水泥，10％二级粉煤灰，15％铸石粉，1％高岭土，0.03％丙三醇，0.1％乙烯-醋酸乙烯共聚物胶粉，0.05％萘系减水剂，3％聚氧化乙烯，余量为水。
其制备方法同实施例1。
实施例4
一种用于煤矿巷道加固美化支护封闭的薄喷材料，由以下质量百分比的组分制成：40％P.O52.5普通硅酸盐水泥，10％二级粉煤灰，15％铸石粉，1％高岭土，0.04％丙三醇，0.09％乙烯-醋酸乙烯共聚物胶粉，0.07％萘系减水剂，4％聚氧化乙烯，余量为水。
其制备方法同实施例1。
实施例5
一种用于煤矿巷道加固美化支护封闭的薄喷材料，由以下质量百分比的组分制成：40％P.O.52.5普通硅酸盐水泥，10％二级粉煤灰，15％铸石粉，1％高岭土，0.05％丙三醇，0.07％乙烯-醋酸乙烯共聚物胶粉，0.09％萘系减水剂，5％聚氧化乙烯，余量为水。
其制备方法同实施例1。
实施例6
一种用于煤矿巷道加固美化支护封闭的薄喷材料，由以下质量百分比的组分制成：30％P.O.52.5普通硅酸盐水泥，10％二级粉煤灰，20％铸石粉，2％高岭土，0.06％丙三醇，0.05％乙烯-醋酸乙烯共聚物胶粉，0.1％萘系减水剂，6％聚氧化乙烯，余量为水。
其制备方法同实施例1。
实施例7
一种用于煤矿巷道加固美化支护封闭的薄喷材料，由以下质量百分比的组分制成：35％P.O.62.5普通硅酸盐水泥，15％二级粉煤灰，20％铸石粉，3％高岭土，0.07％丙三醇，0.03％乙烯-醋酸乙烯共聚物胶粉，0.3％萘系减水剂，7％聚氧化乙烯，余量为水。
其制备方法同实施例1。
实施例8
一种用于煤矿巷道加固美化支护封闭的薄喷材料，由以下质量百分比的组分制成：35％P.O.62.5普通硅酸盐水泥，20％二级粉煤灰，20％铸石粉，4％高岭土，0.08％丙三醇，0.01％乙烯-醋酸乙烯共聚物胶粉，0.5％萘系减水剂，8％聚氧化乙烯，余量为水。
其制备方法同实施例1。
实施例9
一种用于煤矿巷道加固美化支护封闭的薄喷材料，由以下质量百分比的组分制成：35％P.O.62.5普通硅酸盐水泥，20％二级粉煤灰，20％铸石粉，5％高岭土，1.0％丙三醇，0.01％乙烯-醋酸乙烯共聚物胶粉，0.5％萘系减水剂，0.5％聚氧化乙烯，余量为水。
其制备方法同实施例1。
配方中，硅酸盐水泥作为主要的胶凝材料，水化后赋予薄喷材料主要的拉伸强度和抗压强度。
高岭土、铸石粉和粉煤灰作为无机填料，使得该薄喷材料的粘结强度和抗拉强度都得到了提高，其微小颗粒填充在浆体的空隙中，有效降低了该薄喷材料的孔隙率，提高了材料的密实度，同时降低了成本。此外粉煤灰降低水泥的水化热，通过火山灰效应提高薄喷材料后期强度的作用。
丙三醇作为增稠剂，在水中具有良好相溶性，易调节浆料黏度。并且作为水泥砂浆的保水剂、缓凝剂使砂浆具有泵送性，提高涂抹性和延长可操作时间。
乙烯-醋酸乙烯共聚物胶粉作为可再分散性乳胶粉，对浆料触变性保水性没有任何不利影响，有效提高浆料的塑性和粘合力。
萘系减水剂作为减水剂，具有超分散型，能防止混凝土坍落度损失而不引起明显缓凝，低掺量下发挥较高的塑化效果。
聚氧化乙烯作为成膜剂，具有优异的成膜性、胶体保护作用和粘结性，浆料固化后表面光滑不易龟裂，施工性能好。与水硬性材料形成韧性-脆性交叉框架结构，提高薄喷材料的形变能力。
对比例1
一种薄喷材料，由以下质量百分比的组分制成：30％P.O.42.5普通硅酸盐水泥，20％铸石粉，1％高岭土，0.01％丙三醇，0.5％乙烯-醋酸乙烯共聚物胶粉，0.01％萘系减水剂，1％聚氧化乙烯，余量为水。其制备方法同实施例1。
对比例2
一种薄喷材料，由以下质量百分比的组分制成：30％P.O.42.5普通硅酸盐水泥，20％粉煤灰，1％高岭土，0.01％丙三醇，0.5％乙烯-醋酸乙烯共聚物胶粉，0.01％萘系减水剂，1％聚氧化乙烯，余量为水。其制备方法同实施例1。
对实施例1至9所制备的薄喷材料分别进行拉伸粘结强度测试，拉伸粘结强度根据国标GB/T25181-2010《预拌砂浆》进行测定，测试结果如表1所示：
表1粘结强度测试
从表1可以看到，材料在混凝土基底的粘结强度从2.81-4.35MPa，说明本发明制备的材料与基底具有很高的粘结性能，有利于喷涂，不易脱落。此外，从对比例1、对比例2以及实施例1的比较可以看出，单独添加粉煤灰或铸石粉，制得的薄喷材料的粘结强度均较低，而当粉煤灰、铸石粉、高岭土三者复配时，制得的薄喷材料的粘结强度最高，说明高岭土、铸石粉和粉煤灰复配作为无机填料，使得该薄喷材料的粘结强度得到了提高。
对实施例1至9所制备的薄喷材料分别进行抗拉强度测试，拉伸强度依据标准ASTMD638-2014《塑料抗张性能试验方法》进行测试，测试结果如图2所示。从材料的拉伸曲线看出，材料发生的是塑形形变，具有韧性，与岩石的变形曲线类似，有利于抵抗外力带来的变形。
对实施例1至9所制备的薄喷材料分别进行耐水性测试，步骤是：常温常压下，将实施例1至9制备的薄喷材料分别制成样条，放入盛水的烧杯中浸泡48h。样条放入水中48h后，既没有分散也没有溶解在水中，很好地保持了样条的完整性。说明本发明制得的薄喷材料是耐水的，适于井下潮湿环境的应用。
在矿井下实施运用本发明的薄喷材料时，结合浆料喷射机，将配制好的薄喷材料投入喷射机开放式的料仓，该料仓可将常温的喷涂材料进行储存，以便配合喷射机将混匀的喷涂材料运用于现场特定区域。
在使用喷涂材料前，先行清理作业现场，拆除作业面障碍物、清除开挖面的浮石、墙角的岩渣、堆积物；预埋控制喷射薄喷材料浆料厚度的标志；选择适合的风压和喷射距离，使其材料喷涂均匀。
为了达到更好的效果，使涂层结构更加稳定，每层喷浆完成后，间隔1～2d，待原喷层完全干燥后再进行二次复喷。
该薄喷材料涂层厚度在3-20mm，表面光洁细致，比传统喷射混凝土更具美化效果。
当然，以上说明仅仅为本发明的较佳实施例，本发明并不限于列举上述实施例，应当说明的是，任何熟悉本领域的技术人员在本说明书的教导下，所做出的所有等同替代、明显变形形式，均落在本说明书的实质范围之内，理应受到本发明的保护。
Claims (9)
1.一种用于煤矿巷道加固美化支护封闭的薄喷材料，其特征在于，由以下质量百分比的组分制成：30％～40％硅酸盐水泥，10％～20％粉煤灰，10％～20％铸石粉，1％～5％高岭土，0.01％～1％增稠剂，0.01％～0.5％可再分散乳胶粉，0.01％～0.5％减水剂，0.5％～8％聚氧化乙烯，余量为水。
2.根据权利要求1所述的一种用于煤矿巷道加固美化支护封闭的薄喷材料，其特征在于，由以下质量百分比的组分制成：30％硅酸盐水泥，10％粉煤灰，10％铸石粉，1％高岭土，0.01％增稠剂，0.5％可再分散乳胶粉，0.01％减水剂，1％聚氧化乙烯，余量为水。
3.根据权利要求1或2所述的一种用于煤矿巷道加固美化支护封闭的薄喷材料，其特征在于，所述硅酸盐水泥为P.O.42.5、P.O.52.5、P.O.62.5普通硅酸盐水泥中的一种。
4.根据权利要求1或2所述的一种用于煤矿巷道加固美化支护封闭的薄喷材料，其特征在于，所述粉煤灰为320目二级粉煤灰。
5.根据权利要求1或2所述的一种用于煤矿巷道加固美化支护封闭的薄喷材料，其特征在于，所述增稠剂为丙三醇。
6.根据权利要求1或2所述的一种用于煤矿巷道加固美化支护封闭的薄喷材料，其特征在于，所述可再分散乳胶粉为乙烯-醋酸乙烯共聚物胶粉。
7.根据权利要求1或2所述的一种用于煤矿巷道加固美化支护封闭的薄喷材料，其特征在于，所述减水剂为萘系减水剂。
8.一种权利要求1至7任一项所述的用于煤矿巷道加固美化支护封闭的薄喷材料的制备方法，其特征在于，具体步骤如下：
(1)按配比称取聚氧化乙烯粉体并加入一定量的水中，在0～35℃水浴下搅拌2～4小时，使其完全溶解，得到聚氧化乙烯溶液；
(2)按配比称取硅酸盐水泥、粉煤灰、铸石粉、高岭土、增稠剂、减水剂、可再分散乳胶粉，搅拌均匀后加入一定量的水，在1200～1500r/min转速下搅拌5～10min，得到混合浆料备用；
(3)将步骤(1)得到的聚氧化乙烯溶液加入步骤(2)得到的混合浆料中，再加入一定量的水，在1500～2000r/min转速下搅拌2～5min，超声5～10min，得到薄喷材料。
9.一种权利要求1至7任一项所述的用于煤矿巷道加固美化支护封闭的薄喷材料的使用方法，其特征在于，具体步骤是：将预先混合好的薄喷材料投入喷射机料仓；在喷涂前，预先进行作业现场清理工作，拆除作业面障碍物，清理浮石、岩渣、堆积物，预埋控制喷射薄喷材料浆料厚度的标志；选择适合的风压和喷射距离，保证浆料喷涂均匀。
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