CN113416440B - 煤矿巷道防瓦斯封堵涂料 - Google Patents

煤矿巷道防瓦斯封堵涂料 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种煤矿巷道防瓦斯封堵涂料，其包含：硅酸钾：15‑20质量份、硅酸钠：1‑3质量份、磷酸硅：0.1‑0.9质量份、石英粉：15‑20质量份、脱碳粉煤灰：15‑20质量份、硅灰石：15‑20质量份、针状硅灰石：5‑10质量份、碳纤维：1‑1.5质量份；水：4.5‑20质量份；所述硅酸钾为液体硅酸钾，硅酸钠为液体硅酸钠。本发明的封堵涂料各组分均为无机料，具有无污染或低污染、防火阻燃性等特点。同时，本发明的涂料干燥快(20‑60min即可干燥成膜)、封堵后不易龟裂、修复部位具有较高的抗拉强度，施工性能好，可防静电，修复涂层与修复界面具有很好的粘接强度，受热稳也不易脱落。

Description

煤矿巷道防瓦斯封堵涂料
技术领域
本发明涉及煤矿相关技术领域，具体涉及煤矿巷道防瓦斯封堵涂料。
背景技术
瓦斯(CH4)是随着煤炭开采产生的高质清洁能源，但是这种好品质的能源却是煤矿井下开采掘进工作面的最大隐患。据统计资料分析，我国大部分煤矿井下瓦斯的涌出浓度为0.5-5mg/m3，巷道内的瓦斯涌出极其不均衡。瓦斯爆炸界限为5-16％；如果瓦斯的浓度大于16％，其不具有爆炸特性，但是其在空气中仍然会被点燃，如果瓦斯的平均浓度小于5.0％，不会发生爆炸危险，却能在火焰的周围构造出一道燃烧层。瓦斯灾害事故是对煤矿企业中危害最大的事故之一。对瓦斯采取必要的封堵是安全生产的重要保障。
煤矿井下巷道是采煤和运煤的必经之道，为保障巷道通畅和采煤工人的安全生产，必须对巷道进行支护，一般采用的是水泥砂浆或者混凝土对巷道岩石表面进行喷浆，水泥砂浆固化后，起到防止岩石塌落、地下水渗入巷道以及瓦斯泄漏的作用。然而，喷浆材料固化后，由于配料单一，成分中刚性组分居多，材料刚性脆性大，柔性不足，随着井下巷道的地质运动或者再次开采中的放炮等震动，极易造成喷浆材料的开裂脱落，继而造成矿井巷道内岩石掉落、局部塌方、巷道透水和瓦斯事故，给安全采煤和保障国民经济高速发展能源用煤带来极大的阻碍。
漏风是造成煤炭自燃最为关键的影响因素。堵漏是防止煤炭自燃的重要手段，喷涂工作是通过隔断漏风使煤炭处于缺氧状态，从而防止自然发火，常用的喷涂措施包括喷射混凝土和化学封堵材料，如常用的化学材料为聚氨酯泡沫。但聚氨酯存在防火阻燃性不佳、在高温下会产生有机挥发物，环境友好性差等问题。而喷射混凝土的方法又存在易出现龟裂、气密性较差等问题。
发明内容
(一)要解决的技术问题
鉴于现有技术的上述缺点、不足，本发明提供一种煤矿巷道防瓦斯封堵涂料，其解决了现有煤矿巷道封堵涂料存在的易裂缝、气密性差或防火阻燃性不佳等技术问题。
(二)技术方案
为了达到上述目的，本发明采用的主要技术方案包括：
本发明提供一种煤矿巷道防瓦斯封堵涂料，其包含：
硅酸钾：15-20质量份、硅酸钠：1-3质量份、磷酸硅：0.1-0.9质量份、石英粉：15-20质量份、脱碳粉煤灰：15-20质量份、硅灰石：15-20 质量份、针状硅灰石：5-10质量份、碳纤维：1-1.5质量份；水：4.5-20 质量份；所述硅酸钾为液体硅酸钾，硅酸钠为液体硅酸钠。
根据本发明较佳实施例，所述煤矿巷道防瓦斯封堵涂料包含：硅酸钾：硅酸钾：18质量份、硅酸钠：1.5质量份、磷酸硅：0.8质量份、石英粉：15质量份、脱碳粉煤灰：16质量份、硅灰石：16质量份、针状硅灰石：5质量份、碳纤维：1质量份；水：6.5质量份。
根据本发明较佳实施例，所述硅酸钾的模数为28或32中的一种或两种的混合物。模数是指硅酸钾中SiO2：K2O的摩尔比。
根据本发明较佳实施例，所述硅酸钠为碱性水玻璃。优选地，硅酸钠的模数为2.2-2.5，为粘稠状液体。
根据本发明较佳实施例，所述磷酸硅为固态粉末状；使用时，先用水分散开。
根据本发明较佳实施例，所述石英粉为200目；所述碳纤维为200-300 目。
本发明还涉及一种煤矿巷道防瓦斯封堵涂料的制备方法，其包括如下步骤：
S1：将磷酸硅加水调配分散；
S2：将液体硅酸钾和硅酸钠混合，在搅拌转速300～400r/min下分散 4-10min，在分散过程中，按比例加入石英粉、脱碳粉煤灰、硅灰石、针状硅灰石和碳纤维，最后加入步骤S1调配的磷酸硅水分散液；
S3：继续搅拌，分散均匀，加水调节粘度至600-1600Pa.s的白色软膏状涂料成品，密封保存。
(三)有益效果
本发明的煤矿巷道防瓦斯封堵涂料各组分均为无机料，具有无污染或低污染、防火阻燃性等特点。此外，本发明的涂料具有很好的耐候性、耐水性、干燥快、封堵后不易龟裂、修复部位具有较高的抗拉强度，施工性能好，可防静电，修复涂层与修复界面具有很好的粘接强度，受热稳也不易脱落。
具体实施方式
为了更好的解释本发明，以便于理解，下面结合具体实施方式，对本发明作详细描述。
本发明提供一种煤矿巷道防瓦斯封堵涂料，其包含：硅酸钾：15-20 质量份、硅酸钠：1-3质量份、磷酸硅：0.1-0.9质量份、石英粉：15-20 质量份、脱碳粉煤灰：15-20质量份、硅灰石：15-20质量份、针状硅灰石：5-10质量份、碳纤维：1-1.5质量份；水：4.5-20质量份；所述硅酸钾为液体硅酸钾，硅酸钠为液体硅酸钠。其中，水的用量根据调配情况加入，制成的涂料为粘度600-1600Pa.s的白色软膏状成品。
本发明的涂料配方中，各成分所起的作用如下：
硅酸钾为主体无机成膜剂或粘合剂，其具有机械强度大、粘结力高、空隙率小、抗渗耐水性高、耐酸性能好、耐热性好等优点，可常温下固化、施工简单，工程使用寿命长。同时，硅酸钾为一种无机材料，其对环境没有污染，高温下也不会释放有机挥发物，具有很好的耐候性，耐水性，干燥速度快，成膜不易龟裂，施工性能好，与修复界面具有强的附着力。硅酸钠作为硅酸钾的补充剂，对封堵涂料的抗裂性有着补充作用，加快凝固速度。
磷酸硅作为硅酸钾与硅酸钠的耐水固化剂，具有固化时间短，强度高，防水能力强，耐酸碱和耐高温的特点。磷酸硅与液体硅酸钾及硅酸钠混合后需密封保存，避免表面固化。
石英粉作为无机填料，用于增强封堵涂料的耐磨性与耐侯性。
脱碳粉煤灰作为无机填料。脱碳粉煤灰用于有效改善煤矿井下巷道喷涂材料的抗渗性、粘接强度、抗拉强度。脱碳粉煤灰的颗粒可嵌入裂缝和填充到涂料的细小空隙中，提高涂料修复层的密实度和气密性，降低封堵修复层吸水率，降低涂料成本。
硅灰石作为无机填料，用于改善涂料的物化性能，使涂料固化后的修复层具有持久性、耐候性，增强涂料的扩张能力，减少裂纹。而针状硅灰石粉有很好的平光性，颜色覆盖率高，可在涂料中均匀分布，防热辐射，增加封堵涂料的稳定性。
碳纤维为导电材料，降低涂料的电阻率，防止静电产生。
经实际使用测试证明，本发明的煤矿巷道防瓦斯封堵涂料具有以下特点：
(1)气密性好。将封堵涂料刷到修复界面后，20-60min即可成膜，对于瓦斯气体及堵风起到了瞬时隔绝的作用。透气量是常规喷涂砂浆层的2％左右。依据GB/T1038-2000标准检测，氧气透过率仅为0.03cmm3/ (m2·24h·0.1MPa)左右。
(2)阻燃性能A1级，热稳定性好。封堵涂料固化后，不会因受热或高温而开裂、脱落等。砂浆层受热会产生炸裂，脱落。依据GB8624-2012 标准检测，阻燃性能符合A1级。
(3)粘结性能。粘结性能优于砂浆的数倍。附着力强，瓦斯封堵涂料对于巷道基础没有特殊要求，均能立即涂刷，固化后坚持3个月以上修复层不会脱落。
(4)不释放有机挥发物。产品为无机物，遇高温无有机物释放，无毒无害，环保健康。
(5)防静电。不会有静电的产生，防止静电火花的产生。
(6)抗菌防腐性能优良。
(7)施工方便。施工耗时不及砂浆的六分之一；材料运输方便，使用料体量小，运输成本低，不及砂浆喷涂的三十分之一，且施工时现场干净，不杂乱。
以下结合具体实施例进一步说明本发明方案及技术效果。
实施例1
本发明的一种煤矿巷道防瓦斯封堵涂料，含有：20质量份硅酸钾、2 质量份硅酸钠、0.4质量份磷酸硅、15质量份石英粉、15质量份脱碳粉煤灰、15质量份硅灰石、5质量份针状硅灰石、1.5质量份碳纤维、6质量份水。所述硅酸钾为液体硅酸钾，模数为28；硅酸钠为液体硅酸钠，模数为2.5。石英粉为200目，碳纤维为300目。
该煤矿巷道防瓦斯封堵涂料的制备方法为：
S1：将磷酸硅加水调配分散；
S2：将液体硅酸钾和硅酸钠混合，在搅拌转速400r/min下分散6min，在分散过程中，按比例加入石英粉、脱碳粉煤灰、硅灰石、针状硅灰石和碳纤维，最后加入步骤S1调配的磷酸硅水分散液；
S3：继续搅拌，分散均匀，加水调节粘度至约810Pa.s的白色软膏状涂料成品，密封保存。
以下为实施例2-10的煤矿巷道防瓦斯封堵涂料的组成(质量份数)，制备方法参见实施例1。其中，实施例4和10中硅酸钾为28模和32模的液体硅酸钾按照质量比1:1配合；各实施例所用原料规格见实施例1。
Figure GDA0003203838420000051
Figure GDA0003203838420000061
将上述实施例1-10制备的封堵涂料封堵水泥砖的测试裂缝，并对封堵涂料的性能进行测试。
其中，阻燃等级按照GB8624-2012标准测试，持续燃烧时间t＝0，都不燃烧；封堵气密性(氧气透过率)按照GB/T1038-2000测试，透水性按照GB/T9755-2014附录B测试，干燥时间(表干)按GB1979(2004)乙法测试，挥发性有机化合物含量(VOC)按GB24408-2009附录A、附录B；涂层拉伸粘接强度(标准条件)按照GB/T22374-20186.39.1测试，防静电性(表面电阻和体积电阻)按照SJ/T11294-20036.2测试。
氧气透过率单位为(m2·24h·0.1MPa)[涂料修复处单位面积在0.1MPa 气压下24h的透气量]；电阻单位为Ω；拉伸粘接强度单位为MPa，VOC 单位为g/L；干燥时间(表干)为min；总热值PCS单位为MJ/m2；持续燃烧时间单位为s。
测试结果如下：
Figure GDA0003203838420000071
由上述实施例可看出，本发明的瓦斯封堵涂料为具有拉伸粘接强度高、耐水性好、耐酸碱性好、安全无毒、气密性好、防火阻燃性优良、防静电(电阻率低)等优点。其中，尤其以实施例4制备的瓦斯封堵涂料各方面的性能表现最为优异。
对比例1
在实施例2的瓦斯封堵涂料组分中，若将磷酸硅用量调整为0，其余组分不变。测试该瓦斯封堵涂料的性能，结果发现，由于瓦斯封堵涂料减少了作为耐水固化剂的磷酸硅，在标准试验环境中，成品表干时间由 39min延长至4h，且实干后，有细小裂纹出现，氧气透过率达到0.3cm3/(m 2·24h·0.1MPa)，耐水性也下降，4h后，用手搓就有掉粉等现象发生。
对比例2
在实施例1的瓦斯封堵涂料组分，调整各组分为：硅酸钾20质量份、硅酸钠2质量份、磷酸硅0.9质量份、石英粉20质量份、粉煤灰为0、硅灰石15质量份、针状硅灰石10质量份、碳纤维1.5质量份，水9质量份。测试该瓦斯封堵涂料的性能，结果发现：瓦斯封堵涂料减少了粉煤灰后，虽然其耐水、拉伸粘接强度等性能与本实施例几乎相当，但在封堵施工过程中的渗水性和密实度受到一定影响。渗水性能降低，导致同面积封堵部位的涂料用量体积增大，施工成本增加；同时，由于缺少粉煤灰微小颗粒填充孔隙的作用，导致涂料封堵涂层吸水率增大，氧气透过率变大、封堵气密性变差，使产品对瓦斯气体的封堵作用不理想。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (8)

1.一种煤矿巷道防瓦斯封堵涂料，其特征在于，包含：
硅酸钾：15-20质量份、硅酸钠：1-3质量份、磷酸硅：0.1-0.9质量份、石英粉：15-20质量份、脱碳粉煤灰：15-20质量份、硅灰石：15-20质量份、针状硅灰石：5-10质量份、碳纤维：1-1.5质量份；水：4.5-20质量份；所述硅酸钾为液体硅酸钾，硅酸钠为液体硅酸钠。
2.根据权利要求1所述的煤矿巷道防瓦斯封堵涂料，其特征在于，所述煤矿巷道防瓦斯封堵涂料包含：硅酸钾：18质量份、硅酸钠：2质量份、磷酸硅：0.5质量份、石英粉：15质量份、脱碳粉煤灰：15质量份、硅灰石：15质量份、针状硅灰石：6质量份、碳纤维：1.5质量份；水：8质量份。
3.根据权利要求1所述的煤矿巷道防瓦斯封堵涂料，其特征在于，所述硅酸钾的模数为28或32中的一种或两种的混合物。
4.根据权利要求1所述的煤矿巷道防瓦斯封堵涂料，其特征在于，所述硅酸钠为碱性水玻璃。
5.根据权利要求4所述的煤矿巷道防瓦斯封堵涂料，其特征在于，硅酸钠的模数为2.2-2.5。
6.根据权利要求1所述的煤矿巷道防瓦斯封堵涂料，其特征在于，所述磷酸硅为固态粉末状；使用时，先用水分散开。
7.根据权利要求1所述的煤矿巷道防瓦斯封堵涂料，其特征在于，所述石英粉为200目；所述碳纤维为200-300目。
8.一种权利要求1-7任一项所述的煤矿巷道防瓦斯封堵涂料的制备方法，其包括如下步骤：
S1：将磷酸硅加水调配分散；
S2：将液体硅酸钾和硅酸钠混合，在搅拌转速300～400r/min下分散4-10min，在分散过程中，按比例加入石英粉、脱碳粉煤灰、硅灰石、针状硅灰石和碳纤维，最后加入步骤S1调配的磷酸硅水分散液；
S3：继续搅拌，分散均匀，加水调节粘度至600-1600Pa.s的白色软膏状涂料成品，密封保存。
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