CN112300611B - 一种矿用湿型薄喷材料及其应用 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种矿用湿型薄喷材料，其包括以重量份数计的以下组分：白水泥15～25份，石英粉50～70份，无机成膜剂10～20份，速凝剂1～10份。本发明提供的矿用湿型薄喷材料具有喷涂速度快、粘结力强、密闭性好、抗弯折、抗剪切强度高等优点。本发明还提供了该喷薄涂料的制备方法，该方法采用的气动喷浆机体积小、重量轻，地面及井下占地面积小，节省了环境治理费用和运输费用，使用成本较低。
Description
技术领域
本发明涉及矿山防尘技术领域，具体涉及一种矿用湿型薄喷材料及其应用。
背景技术
锚网支护是煤矿支护技术改革的一大进步，在提高单进和降低支护成本中起到了重要作用。但是，随着巷道服务时间的增加，在巷道变形膨胀的作用下，锚杆受力逐渐增加，而在井下潮湿的特殊条件下，巷道表面岩层逐渐风化，围岩强度日趋降低。在锚杆作用力之下，风化的围岩极易被锚杆托盘压坏，而托盘下的围岩一旦破坏，锚杆的作用力将随之降低甚至完全失效。更为严重的是，在井下潮湿环境下，锚杆、托盘及金属网锈蚀严重，锚网等金属支护材料的锈蚀使得锚杆支护极易发生松弛、拉坏等情况，使得锚杆预应力逐渐损失，从而导致支护效果变差，严重影响了巷道的稳定。因此，为了保证矿井生产安全，延长巷道的使用寿命，必须对已施工的巷道采取防围岩风化及金属支护防锈蚀的补救措施，需要对新掘进巷道及时进行封闭。
目前大多采用普通的喷射混凝土或砂浆来封闭巷道，从而解决围岩风化及锚杆金属网锈蚀问题。但随着煤矿开采速度的加快，采用普通干喷混凝土或砂浆封闭围岩的方法缺陷越来越明显：一是施工工艺复杂，工人劳动强度大，喷射速度慢，尤其对于机掘锚网巷道采取喷射混凝土封闭，其喷射施工速度远远跟不上机械花掘进速度的步伐；二是喷射混凝土回弹率高，成本高；三是粉尘浓度大，施工现场环境差；四是喷射混凝土对提高巷道的支护强度作用并不明显，在受动压影响的巷道喷混反而容易掉皮、脱落而影响安全。
事实证明：锚网支护才是巷道支护的主体，只要能保证锚杆支护作用的长期有效性，巷道就能保证持续的稳定性。从已完成锚网支护而未喷射混凝土的裸露巷道来看，由于井下空气潮湿，掘进后支护时间不长，就会出现金属网锈蚀，围岩风化现象。个别严重锈蚀的金属网和风化松动的围岩处出现金属网或锚杆断裂，严重影响了矿井的正常生产，对矿井安全也造成了严重威胁。
因此，需要提供一种适用于井下巷道密闭、加固、防突、防风化等的薄喷材料，以解决现有喷射混凝土技术存在的问题。
鉴于此，特提出本发明。
发明内容
本发明的第一目的在于提供一种矿用湿型薄喷材料，将其用于巷道封闭具有防止风化和渗水、阻燃、防止锚杆及金属网锈蚀的多重作用。
本发明的第二目的在于提供上述薄喷材料的应用，即将其用于巷道或矿井的施工方法。
为实现上述目的，本发明的技术方案如下：
本发明涉及一种矿用湿型薄喷材料，包括以重量份数计的以下组分：白水泥15～25份，石英粉50～70份，无机成膜剂10～20份，速凝剂1～10份。
优选地，所述无机成膜剂为磷酸盐成膜剂或硅酸盐成膜剂。
优选地，所述无机成膜剂为磷酸盐成膜剂和硅酸盐成膜剂的混合物，所述磷酸盐成膜剂和硅酸盐成膜剂的质量比为1：(2～4)。
优选地，所述磷酸盐成膜剂选自磷酸二氢钠、磷酸二氢钙、磷石膏粉中的至少一种，所述硅酸盐成膜剂为高模数硅酸钾。
优选地，所述速凝剂为混凝土速凝剂。
本发明还涉及所述矿用湿型薄喷材料的应用，包括以下步骤：
(1)将所述薄喷材料与水混合并充分搅拌，得到均匀浆料；
优选地，所述薄喷材料与水的质量比为1:(0.35～0.45)。
(2)将所述浆料注入喷浆机的罐体内，并调节罐体压力准备喷涂施工；
优选地，所述喷浆机为气动喷浆机。
优选地，所述罐体压力为0.4～0.6MPa。
(3)依次打开罐体底部的出料阀和喷枪的气管阀，待空气喷出后打开喷枪料管阀门，直到浆料从喷枪中喷出，即可进行施工。
优选地，所述浆料的单次喷涂厚度≤3mm。
本发明的有益效果：
本发明提供的矿用湿型薄喷材料具有以下优点：
1、喷涂速度快，对掘进影响小，能够减少巷道施工中喷浆作业所用工时。
2、粘结力强，能够快速牢固粘结岩石、金属材料、塑料等。
3、密闭性好，能有效隔水，防止瓦斯溢出。
4、喷层有较好的柔性，抗弯折、抗剪切强度高。
5、喷涂施工时无粉尘、回弹率低。
6、材料为无毒无味纯粉末状，便于施工，并且阻燃、抗静电，安全环保。
本发明还提供了该喷薄涂料的制备方法，该方法采用的气动喷浆机体积小、重量轻，地面及井下占地面积小，节省了环境治理费用和运输费用，使用成本较低。并且气动喷浆机以气源为动力，无需使用电源，减少了大型设备投资，施工安全可靠。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明的技术方案进行详细的描述。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的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本发明所保护的范围。
本发明实施例涉及一种矿用湿型薄喷材料，包括以重量份数计的以下组分：白水泥15～25份，石英粉50～70份，无机成膜剂10～20份，速凝剂1～10份。
其中，白色硅酸盐水泥是指氧化铁含量少的白色硅酸盐水泥熟料、适量石膏及混合材料(石灰石和窑灰)磨细制成的水硬性胶凝材料，简称白水泥。
石英粉又称硅微粉，是一种坚硬、耐磨、化学性能稳定的硅酸盐矿物，其主要矿物成分是SiO2。其颜色为乳白色或无色半透明状，硬度为7，性脆具有油脂光泽，密度为2.65，不溶于酸，微溶于KOH溶液，熔点1650℃。从矿山开采出的石英石经加工后，一般细度在120目以下的产品称石英砂，超过120目的产品称为石英粉。
通常使用的成膜剂为有机类成膜剂，如醇类(如苯甲醇)、醇酯类(如十二碳醇酯)、醇醚类和醇酯类(如乙二醇醚类和乙二醇酯类成膜剂，例如乙二醇丁醚、丙二醇苯醚)。然而根据煤矿安全规定，目前需要控制有机成膜剂的使用，因此本发明优选使用无机成膜剂。
在本发明的一个实施例中，无机成膜剂为磷酸盐成膜剂或硅酸盐成膜剂。区别于有机成膜剂，上述无机成膜剂具有成膜坚韧、持久耐磨、抗紫外线等优点。由于将其分散于水中制备的分散液呈微碱性，还具有极强的抗菌防霉效果。
在本发明的一个实施例中，磷酸盐成膜剂选自磷酸二氢钠、磷酸二氢钙、磷石膏粉中的至少一种，硅酸盐成膜剂为高模数硅酸钾。其中高模数硅酸钾是以硅酸钾、硅溶胶、烷氧基硅烷及水为原料制备得到，可用于涂料中。将薄喷材料与水混合形成浆料时，上述物质能够与水反应固化为结晶水，并生成磷酸盐或硅凝胶晶体使水分固化，以增加涂装层强度，减少涂装层干燥过程中水分向外迁移。
进一步地，本发明使用的无机成膜剂为磷酸盐成膜剂和硅酸盐成膜剂的混合物。优选地，当磷酸盐成膜剂和硅酸盐成膜剂的质量比为1：(2～4)时，由薄喷材料形成的涂装层具有较高的抗折、抗拉强度和延伸率。
在本发明的一个实施例中，速凝剂为混凝土速凝剂，即掺入混凝土中能使混凝土迅速凝结硬化的外加剂，包括无机盐类和有机类速凝剂。本发明速凝剂的主要成分为铝氧熟料，即铝矾土、纯碱、生石灰按比例烧制成的熟料经磨细而制成，该速凝剂的制备方法属于现有技术，可直接购买得到。
本发明还涉及该矿用湿型薄喷材料的应用，包括以下步骤：
(1)将薄喷材料与水混合并充分搅拌，得到均匀浆料；
在本发明的一个实施例中，薄喷材料与水的质量比为1:(0.35～0.45)。如水加入量过多，则浆料浓度过低，喷涂后收缩性过大，易产生裂痕，降低抗折和抗拉强度；如水加入量过少，则浆料浓度过高，材料易析出或团聚，导致堵塞喷嘴或过快凝固。
(2)将浆料注入喷浆机的罐体内，并调节罐体压力准备喷涂施工；
通常的喷浆机包括缸罐式喷浆机、螺旋式喷浆机和转子式喷浆机。本发明优选使用气动喷浆机，其具有以下优点：体积小、重量轻，地面及并下占地面积小，节省了环境治理费用和运输费用，使用成本较低。并且气动喷浆机以气源为动力，无需使用电源，直接使用煤矿井下的压缩空气即可，因此减少了大型设备投资，施工安全可靠。
在本发明的一个实施例中，需要根据浆料的流动性调节罐体压力大小。优选的罐体压力为0.4～0.6MPa。
(3)依次打开罐体底部的出料阀和喷枪的气管阀，待空气喷出后打开喷枪料管阀门，直到浆料从喷枪中喷出，即可进行施工。
在本发明的一个实施例中，浆料的单次喷涂厚度≤3mm。由于喷涂厚度过大会导致浆料滴落流淌，因此当所需的喷层厚度大于该值时，可以通过多次喷涂的方式实现。
在本发明的一个具体实施例中，应用该矿用湿型薄喷材料的施工过程如下：
(1)将薄喷材料按照水/料质量比为(0.35～0.45):1(现场配料为水/料质量比按0.4:1算，即1袋料25kg加11kg水)混合，使用搅拌器进行搅拌，搅拌时间约3～5min，直至形成无粉球和团聚物的均匀浆料。
(2)把搅拌器的出料阀打开，将浆料灌入气动喷浆机的罐体内，关闭罐体上的泄压阀，打开压力表总成上连接压风管的进气开关向罐体内加压。根据浆料的流动性调节压力大小，一般在0.4～0.6MPa压力下即可进行喷涂施工。
(3)依次打开罐体底部的出料阀和连通喷枪的气管阀，让空气先喷出，之后打开喷枪料管阀门，直到浆料从喷枪中喷出，即可进行施工。
需要说明的是，喷浆前应对施工巷道的电缆和管路进行防护。喷枪的口径决定了通过最大颗粒的粒径，应尽量避免砂石等杂物在搅拌过程中落入浆料中。加料时不可取下罐口的滤网，以避免碎石和煤块等杂物落入浆料中。
如果发生堵枪造成浆料无法喷出，应首先关闭出料口阀门，再卸去喷枪的喷嘴，对喷嘴进行充分清理后再重新安装于喷枪上，然后再次打开出料阀门进行测试。中途加料或喷涂施工结束后，一定要先打开罐体上的泄压阀进行泄压，再打开储料罐加料。
浆料的稠度应该适中，太稀或太稠有可能影响施工速度和施工效果，太稀太薄可能在上墙后出现流挂，具体稠度以既具有流动性，上墙后也不会发生滴落流淌为宜。
实施例1
一种矿用湿型薄喷材料，包括以重量份数计的以下组分：白水泥20份，石英粉60份，无机成膜剂为磷酸二氢钠15份，速凝剂为铝氧熟料5份。
该矿用湿型薄喷材料的应用包括以下步骤：
(1)将薄喷材料与水按1:0.4的质量比混合并充分搅拌，得到均匀浆料；
(2)将浆料注入喷浆机的罐体内，并将罐体压力调整为0.4～0.6MPa，准备喷涂施工；
(3)依次打开罐体底部的出料阀和喷枪的气管阀，待空气喷出后打开喷枪料管阀门，直到浆料从喷枪中喷出，即可进行施工。浆料的单次喷涂厚度≤3mm。
改变实施例2～6和对比例中的原料种类、组分和反应条件，具体设置方式见表1。
表1
*除表1中记载参数以外，每一实施例和对比例的其它参数同实施例1。
将上述实施例和对比例制备得到的薄喷材料用万能试验机进行测试。具体为将其制成直径为3cm，厚度为5mm的圆柱体，测试其抗折强度、抗拉强度和延伸率。并在制备一个月后目测抗裂性，结果见表2。
表2
| 实施例 | 抗折强度(Mpa) | 抗拉强度(Mpa) | 延伸率(％) | 目测抗裂性 |
| 实施例1 | 11.0 | 3.1 | 0.25 | 外观无变化 |
| 实施例2 | 11.2 | 3.4 | 0.22 | 外观无变化 |
| 实施例3 | 11.3 | 3.4 | 0.24 | 外观无变化 |
| 实施例4 | 11.4 | 3.5 | 0.3 | 外观无变化 |
| 实施例5 | 11.2 | 3.2 | 0.18 | 外观无变化 |
| 实施例6 | 10.8 | 2.9 | 0.15 | 外观无变化 |
| 对比例 | 11.3 | 3.3 | 0.25 | 外观无变化 |
将实施例1～6的实验结果对比可知，在薄喷材料中使用双组分无机成膜剂具有更好的力学性能。在应用中将薄喷材料与水混合时，水的加入量也对力学性能有所影响。且使用双组分无机成膜剂得到的薄喷材料的性能与使用有机成膜剂得到的薄喷材料相近。
因此，本发明提供的喷涂材料无毒无害，能够减少作业环境污染，利于操作人员的身体健康。且阻燃抗静电，安全性强。施工工艺简单，易于操作，工人劳动强度低。得到的喷层均匀、封堵完整密实、无缝隙，成膜性良好；喷层粘结力强，不脱落；钢丝网喷层均匀、完整；该薄喷材料具有较高的粘结强度，与围岩或煤壁之间的结合力达到4Mpa以上，能有效的防止煤岩层风化和金属网锈蚀。且收缩较小，具有良好的抗裂和变形性能。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
Claims (1)
1.一种矿用湿型薄喷材料的应用，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将薄喷材料与水按1:0.4的质量比混合并充分搅拌，得到均匀浆料；
(2)将浆料注入喷浆机的罐体内，并将罐体压力调整为0.4~0.6MPa，准备喷涂施工；
(3)依次打开罐体底部的出料阀和喷枪的气管阀，待空气喷出后打开喷枪料管阀门，直到浆料从喷枪中喷出，即可进行施工，浆料的单次喷涂厚度≤3mm；
所述薄喷材料由以重量份数计的以下组分组成：白水泥20份，石英粉60份，无机成膜剂为磷酸二氢钠7.5份，高模数硅酸钾7.5份，速凝剂为铝氧熟料5份。
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