CN114292075A - 一种微发泡无机喷涂材料、煤矿井下喷涂的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种微发泡无机喷涂材料和煤矿井下喷涂的方法，涉及煤矿井下喷浆技术领域。本发明提供的微发泡无机喷涂材料，以重量份数计，包括胶凝材料85～90份，复合外加剂10～15份；所述复合外加剂包括特种粘土、干粉发泡剂和促凝激发外加剂。本发明提供的微发泡无机喷涂材料不同于水泥砂浆喷浆和高分子喷涂材料，能够更好地满足煤矿井下防灭火快速堵漏风和抢险救灾需求。

Description

一种微发泡无机喷涂材料、煤矿井下喷涂的方法

技术领域

本发明涉及煤矿井下喷浆技术领域，具体涉及一种微发泡无机喷涂材料、煤矿井下喷涂的方法。

背景技术

现有的煤矿井下喷浆技术以水泥砂浆喷浆技术为主，少量辅以高分子聚氨酯类发泡材料。高分子喷涂材料是使用聚氨酯类材料进行表面喷涂操作，高分子内聚力高但是对于煤壁等的附着力差，受动压就会有裂隙造成整体撕裂漏风，施工过程中产生高温和有毒气体，多次造成矿方死伤事故，是煤矿安全规程明令禁止使用的产品。

常规采用水泥喷浆的操作流程是把专用喷浆机、水泥、砂子、石子和各种外加剂用混合料的方式或者各自单独用轨道运输到井下施工位置，使用专用干式或者湿式喷浆机进行喷浆操作。这种方式对于轨道运输依赖性大、施工占地面积大、运输量大，粉尘污染大、工人劳动强度高、回弹率高、水泥砂浆凝固速度慢、成型后强度虽高但是受动压后易碎裂产生漏风。

干喷曾经是国内外普遍采用的一种混凝土喷射工艺，采用该工艺进行混凝土喷射作业时，喷射粉尘大(60～180mg/m³)，回弹率高(20～40％)，在喷嘴上加水，导致水灰比控制不准确，水泥水化不充分，影响混凝土质量。使用袋装水泥拆袋时产生粉尘污染，对工人身体健康有着较大的影响，在喷射混凝土施工过程中，水泥、掺合料及砂子在拌合过程中形成的粉尘极易呼吸入肺，尤其是在使用含有碳酸盐等碱性物质的速凝剂时，二氧化硅的溶解度会增大，进一步增加从事喷射混凝土作业的人员患矽肺病和急性硅蛋白质沉着病等尘埃病的机率。因此，干喷法施工不仅会造成材料的浪费，而且对环境和作业人员的健康造成一定危害。

根据国家第三批煤矿禁止使用设备和工艺的要求，干式混凝土喷射机自2012年1月27日起在煤矿井下正式禁用。湿喷工艺完全代替了干式喷浆。

湿喷是相对于干喷而言的，湿喷工艺可以从根本上解决混凝土喷射作业的三大问题，确保喷射粉尘≤8mg/m³、回弹率≤10％，湿混合料水灰比控制准确，水泥水化充分，喷射混凝土强度高。

虽然湿喷工艺在粉尘、水灰比控制和回弹率三个问题上有重大改进，但仍然存在着大量无法克服的问题和缺陷，主要体现在湿喷混凝土工艺流程较复杂、设备及外加剂价格相对较高，即使采用“地面配料+井下搅拌和湿喷”、“地面配料、搅拌+井下湿喷”两种湿喷混凝土模式，仍然摆脱不了体积结构复杂庞大、严重依赖轨道运输、运输量大、工人劳动强度高等重大缺陷。

现有的湿喷水泥砂浆喷浆技术的具体工艺参考作者高立于2014年在《中州煤炭》杂志第217期文章“煤矿井下湿式混凝土喷射机应用浅析”所述，系统如图2所示，无论各种机型如何调整结构布置和安装方式，湿式混凝土喷射机整体结构都是类似的，主要由上料搅拌系统、制浆机和湿喷机三大部分组成，系统结构复杂、体积庞大，结构连接组件繁多。

以PTS-7型推链式混凝土喷射机为例，主要技术参数生产能力7m³/h、额定工作气压0.5MPa、输送距离(水平/垂直)50/10m、材料配比水泥：砂：石子＝1：2：2、上料高度1000mm、适用材料水灰比≥0.4、链轮转数13rpm最大骨料粒径15mm外型尺寸(长*宽*高)2400*788*1000mm、电机型号YBK2-132S-6、电机功率5.5KW、机器轨距600/900mm整机重量900kg；以生产能力3立方/小时的JSLG3型轮式矿用湿式混凝土喷射机为例，其配用电机11千瓦，外形尺寸为2825*1025*1190mm，总重1500公斤；生产能力7立方/小时的PS61型轨道式矿用湿式混凝土喷射机，其配用电机7.5千瓦，外形尺寸为1800*700*1130mm，总重750公斤。

矿用湿式混凝土喷射机必须采取轨道运输、施工时必须占用运输轨道，即使是新型的履带式或者胶轮式湿喷机，同样存在着体积重量庞大、占用空间巨大的致命缺陷；同时，现场还必须有较大的施工面积堆放大量的水泥、砂子、石子和多种外加剂、必须配备或自备空压机、必须配备除尘风扇，因此极不适应井下抢险救灾和防灭火快速堵漏风的要求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种微发泡无机喷涂材料、煤矿井下喷涂的方法，本发明提供的微发泡无机喷涂材料不同于水泥砂浆喷浆和高分子喷涂材料，能够更好地满足煤矿井下防灭火快速堵漏风和抢险救灾需求。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

本发明提供了一种微发泡无机喷涂材料，以重量份数计，包括胶凝材料85～90份，复合外加剂10～15份；所述复合外加剂包括特种粘土、干粉发泡剂和促凝激发外加剂。

优选地，所述胶凝材料为硫铝酸盐水泥；所述干粉发泡剂为表面活性剂类发泡剂；所述促凝激发外加剂为碳酸锂；所述特种粘土为膨润土。

优选地，所述复合外加剂中特种粘土、干粉发泡剂和促凝激发外加剂的质量比为80～85:14～19:0.5～1.2。

本发明提供了一种采用上述技术方案所述微发泡无机喷涂材料进行煤矿井下喷涂的方法，包括以下步骤：

将微发泡无机喷涂材料和水进行混合，得到水化料浆；

将所述水化料浆利用微发泡无机喷涂装置进行微发泡，形成发泡料浆；

将所述发泡料浆喷涂至煤矿井下待喷浆位置，形成喷涂体。

优选地，所述微发泡无机喷涂材料和水的质量比为1.4～1.6:1。

优选地，所述微发泡无机喷涂装置包括依次连接的搅拌系统、注浆泵和压风吹送系统；所述煤矿井下喷涂不使用水泥砂浆喷浆机、砂子和石子。

优选地，所述微发泡无机喷涂装置的总重不超过50公斤；所述压风吹送系统的压力为0.6MPa。

优选地，所述微发泡的发泡倍率为2～2.5倍。

优选地，所述喷涂体为闭孔泡沫体，喷涂体在1小时内强度大于2MPa；喷涂回弹率低于10％。

优选地，所述发泡料浆的水化热小于40℃。

本发明提供了一种微发泡无机喷涂材料，以重量份数计，包括胶凝材料85～90份，复合外加剂10～15份；所述复合外加剂包括特种粘土、干粉发泡剂和促凝激发外加剂。本发明提供的微发泡无机喷涂材料不同于水泥砂浆喷浆和高分子喷涂材料，能够更好地满足煤矿井下防灭火快速堵漏风和抢险救灾需求。

本发明还提供了一种采用上述技术方案所述微发泡无机喷涂材料进行煤矿井下喷涂的方法，包括以下步骤：将微发泡无机喷涂材料和水进行混合，得到水化料浆；将所述水化料浆利用微发泡无机喷涂装置进行微发泡，形成发泡料浆；将所述发泡料浆喷涂至煤矿井下待喷浆位置，形成喷涂体。采用本发明的方法形成的喷涂体可柔性承压，在1小时内强度大于2MPa，发热温度低于40℃，耐热800～1000℃，能够满足井下防灭火封堵漏风和动压冲击区抢险救灾的喷涂需求。本发明的喷涂方法能够用于矿山井下喷涂封堵漏风工程、防灭火及抢险救灾工程，综合成本低，可广泛使用在巷道沿空侧、进回风端头、密闭墙以及工作面架间架后浮煤喷涂封堵漏风等方面，尤其非常适合工作面架间架后浮煤喷涂封堵漏风，这一功能和适用场所是水泥砂浆工艺难以实现的，为架间架后浮煤进行预防性防灭火和实施灭火工程提供了有效的处理手段；采用本发明的喷涂方法无需另行购置专用喷浆机、搅拌机、空压机等大型设备，使用的管路、设备、器材远远少于现有技术的装置，操作人员仅需2～3人，比现有技术中少2～3人，设备日常维护量下降95％，显著降低了操作成本和安全性。

本发明使用微发泡无机喷涂材料和水混合得到水化料浆，大幅度减少了轨道运输量；不添加砂子石子等物料，大幅度简化了工序，得到的微发泡料浆强度高，喷涂层性能稳定、无毒无污染、不自燃、不助燃。经过多年煤矿井下实践证明本发明可在大多数场合代替水泥砂浆喷浆和高分子喷涂材料，能够更好地满足煤矿井下防灭火快速堵漏风和抢险救灾的需求。

有益效果：

1、本发明配套设备相对于现有水泥砂浆喷浆装置原理完全不同、设备体积只有水泥砂浆喷浆机的十分之一，总重不超50公斤，搬运拆装十分方便，工作可靠，实用效果好，非常适合矿上井下有限空间及井下抢险救灾的刚需；快速到位、快速运转、微发泡喷涂层动压区柔性承压效果好、凝固速度快，综合成本低。

2、本发明方法产出的喷涂体在工程性能上全面超出现有水泥喷浆技术的产品性能，主要表现在：

(1)发泡料浆喷出后初凝时间可调为3～5分钟，1小时完全凝固，其快速性能十分适合煤矿井下不同抢险救灾的刚需；

(2)发泡料浆喷出后终凝前渗透性好、粘附性强，柔性承压，动压区抗压型远优于水泥喷浆，非常适合煤岩体裂隙封堵漏风及抢险救灾时使用；

(3)本发明制备的喷涂体热稳定温度为800～1000℃，耐烧2h以上，能更好适应防治煤矿井下自然火灾的需要；

(4)本发明料浆水化热≤40℃，且很稳定，生产、喷注反应过程对环境无污染、无异味；

(5)发泡料浆在墙体或碎煤上喷涂厚度为1～3cm(相应的1吨喷涂体的有效喷涂面积为260～80m²)，抗压强度大于2MPa，在凝固过程前是良好的灭火材料，凝固后温升不超过40℃，无法自行燃烧，也不足以点燃其它易燃物，固结后放入800℃火炉中不会被点燃，具有良好的阻燃抗烧能力。

附图说明

图1为微发泡无机喷涂装置的结构示意图；

图2为矿用湿喷机组的结构示意图。

具体实施方式

本发明提供了一种微发泡无机喷涂材料，以重量份数计，包括胶凝材料85～90份，复合外加剂10～15份；所述复合外加剂包括特种粘土、干粉发泡剂和促凝激发外加剂。

在本发明中，所述胶凝材料优选为硫铝酸盐水泥。在本发明中，所述硫铝酸盐水泥为特种快硬水泥，凝固速度和强度是目前煤矿井下水泥喷浆所使用的普通硅酸盐水泥和大量外加剂的组合根本无法达到的，优势非常明显。本发明使用硫铝酸盐水泥，为此种水泥在煤矿井下喷涂领域大量商品化使用开辟了新的市场。

在本发明中，所述特种粘土优选为膨润土。

在本发明中，所述干粉发泡剂优选为表面活性剂类发泡剂，优选为松香类发泡剂、植物类发泡剂或动物蛋白质类发泡剂。

在本发明中，所述促凝激发外加剂优选为碳酸锂。在本发明中，所述碳酸锂是硫铝酸盐水泥专用促凝剂，使用量小，效果明显。

在本发明中，所述复合外加剂中特种粘土、干粉发泡剂和促凝激发外加剂的质量比优选为80～85:14～19:0.5～1.2，更优选为85:14.5:0.5。

在本发明中，所述微发泡无机喷涂材料的制备方法优选为：将胶凝材料和复合外加剂在地面混合均匀准确称重装袋(双层防潮)得到微发泡无机喷涂材料，然后运输至待喷浆位置。

本发明提供了一种采用上述技术方案所述微发泡无机喷涂材料进行煤矿井下喷涂的方法，包括以下步骤：

将微发泡无机喷涂材料和水进行混合，得到水化料浆；

将所述水化料浆利用微发泡无机喷涂装置进行微发泡，形成发泡料浆；

将所述发泡料浆喷涂至煤矿井下待喷浆位置，形成喷涂体。

本发明将微发泡无机喷涂材料和水进行混合，得到水化料浆。在本发明中，所述微发泡无机喷涂材料和水的质量比优选为1.4～1.6:1，更优选为1.5：1。

得到水化料浆后，本发明将所述水化料浆利用微发泡无机喷涂装置进行微发泡，形成发泡料浆。在本发明中，所述微发泡无机喷涂装置优选包括依次连接的搅拌系统、注浆泵和压风吹送系统；所述煤矿井下喷涂不使用水泥砂浆喷浆机、砂子和石子。在本发明中，所述搅拌系统优选包括注浆搅拌桶；所述压风吹送系统优选包括带压风的三通装置。

在本发明中，所述微发泡无机喷涂装置的总重优选不超过50公斤；所述压风吹送系统的压力优选为0.6MPa。

在本发明中，所述微发泡的发泡倍率优选为2～2.5倍。在本发明中，所述发泡料浆的水化热优选小于40℃，更优选为35～40℃。在本发明中，所述发泡料浆稳定性好，生产、喷注及反应过程对环境无污染、无异味；发泡料浆喷出后终凝前附着力强，渗透性好，1小时内喷涂层抗压强度可升至2MPa。

得到发泡料浆后，本发明将所述发泡料浆喷涂至煤矿井下待喷浆位置，形成喷涂体。在本发明中，所述待喷涂位置优选包括沿空侧巷道、动压易碎裂巷道、压力汇集区煤壁和巷道、工作面架间碎煤、工作面架后浮煤、单双墙密闭、进回风隅角等。在本发明中，所述喷涂的厚度优选为15-30mm。

在本发明中，所述喷涂体优选为闭孔泡沫体，所述喷涂体在1小时内强度优选大于2MPa；喷涂回弹率优选低于10％。

在本发明中，所述喷涂体具有良好的附壁、渗透性和矿井动压下柔性承压能力，抗撕裂封堵漏风效果优于水泥砂浆喷浆。

在本发明中，所述发泡料浆喷出后优选在3～5min初凝，所述发泡料浆优选在30min终凝，1小时完全硬化形成喷涂体。采用本发明提供的喷涂方法用于煤矿井下封堵漏风抢险救灾，从设备管路安装、铺设至正常运转喷出第一批发泡料浆只需8～10min，适应抢险救灾快速到位、快捷见效的刚性需求。

在本发明中，所述喷涂体热稳定性好，动压下柔性承压封堵漏风效果好、热稳定温度为800～1000℃，耐烧2h以上，能更好地适应防治煤矿自然火灾的需要。

下面将结合本发明中的实施例，对本发明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。

实施例1

在生产车间将17公斤硫铝酸盐水泥、2.55公斤特种粘土膨润土、0.435公斤表面活性剂类发泡剂和0.015公斤促凝激发外加剂碳酸锂充分混合搅拌均匀，精确称重，净重20公斤，装入两层防水包装袋中，得到微发泡无机喷涂材料。

将所述微发泡无机喷涂材料和水进行混合，得到水化料浆；所述微发泡无机喷涂材料和水的质量比为1.5：1。

将所述水化料浆利用微发泡无机喷涂装置进行微发泡，形成发泡料浆；所述微发泡无机喷涂装置如图1所示，包括依次连接的注浆搅拌桶、注浆泵和带压风的三通装置；所述微发泡无机喷涂装置的总重不超过50公斤；所述带压风的三通装置的压力为0.6MPa；所述微发泡的发泡倍率为2～2.5倍；所述发泡料浆的水化热为35～40℃。

将所述发泡料浆喷涂至煤矿井下待喷浆位置，形成喷涂体。

应用例1

济宁某矿为做好6F302轨道顺槽采空区下掘进过程中防灭火管理工作，封堵漏风通道，经矿研究决定，需在6F302轨道顺槽采空区下顺槽进行无机喷涂材料施工作业。施工位置6F302轨道顺槽内，沿着轨道顺槽入口处向迎头方向喷涂，喷涂顶板和左帮，喷涂厚度不小于10mm，材料喷涂与巷帮必须紧密贴合，不得出现漏喷现象。

采用实施例1的发泡料浆进行喷涂，喷涂体耐压强度2MPa，现场喷涂施工时，配置一台压力大于1.5～2MPa、流量大于3m³/h的单吸单出的矿用气动隔膜泵，使用矿井的压风作为动力源。

喷涂顺序为：先帮后顶，从墙基开始自下而上进行，喷头与受喷面应尽量保持垂直，喷头与受喷面的垂直距离以0.5～0.8m为宜。

喷涂时，矿用气动隔膜泵供风压力不低于0.4MPa，喷涂过程中应根据水箱溶液情况及时加设水、料，保证水箱溶液满足喷涂需要，喷涂时，要使喷涂溶液无流淌，粘着力强，喷涂前应用高压水重新冲洗受喷面。

喷浆前对泵进行调试和试验，保证设备能正常运行，管路通畅，方可配置浆液。进行喷涂时，作业场所必须备有一定量的水，用于清洗泵和管路，防止注浆过程中停水。配浆人员应保持浆液不吸空，随时观察泵的吸浆情况，保持浆液的配比适中。喷涂时发泡器进气阀调节在三分之一位置。根据泵的压力和流量适当调节进气阀和进浆阀。

对顶板或者喷浆地点喷涂时，用不同角度对喷浆位置进行喷涂，达到全面覆盖的效果，喷涂一遍后，等材料凝固二十分钟后，再喷涂第二遍。停泵超过五分钟或者施工结束后用大量清水冲洗泵和管路。喷涂过程中因故障和其它原因必须停泵，应先冲洗好管路和泵再停泵，防止堵管堵泵。注浆完成后，冲洗泵和管路时；要使管路出浆口流出清水后再关闭控风阀门。喷涂结束后及时把发泡器、泵、注浆管路及拌料桶清洗干净。

应用例2

山东裕隆集团某矿238工作面于2016年10月8日启封，但启封后发现高温点未熄灭，为防止发生意外，立即对该工作面重新进行了封闭，为确保238综放面的正常启封回撤设备及支架，防止综放面再次发生复燃现象，工作面恢复供风后，为杜绝风流通过隅角处向采空区形成“扇形”漏风供氧，采用无机喷涂材料对工作面进回风隅角进行封堵处理，具体采取在两隅角处打双道煤袋墙，煤袋墙要从侧邦紧贴临近支架，双墙间距0.5米，双墙中间用无机材料充填，外部用徐州意创化工科技有限公司无机喷涂材料喷涂处理；同时，使用实施例1的发泡料浆对110-30#架全煤体段架前顶部、架间缝隙及支架与顶部煤体联通处进行喷涂堵漏风，全面减少向采空区的漏风供氧。在工作面回撤期间，利用之前施工的两条措施巷所部设的钻孔，使用MEA阻化泡沫对整个工作面进行掩护注浆。经过上述综合治理，最终238工作面于2017年8月底顺利撤完全部支架，对238工作面的综合治理为集团公司挽回重大损失。

应用例3

山东鲁泰控股集团有限公司某矿为做好某轨道顺槽采空区下掘进过程中防灭火管理工作，封堵漏风通道，经矿研究决定，需在采空区下顺槽进行无机喷涂材料施工作业，施工位置：轨道顺槽内，沿着喷浆停止处向迎头方向喷涂，喷涂顶帮和左帮，喷涂厚度不小于30mm。物料准备：微发泡无机喷涂材料、QBY3-40GJDD矿用气动隔膜泵两台(搅拌器一台，搅拌桶1个、风煤钻一台)、19高压管路若干(至少8根10米管路)，吸浆口过滤笼头两个(做为吸浆管的过滤设备)。

采用实施例1的发泡料浆进行喷涂，对顶板或者喷浆地点喷涂时，从起点到终点一来一回为一遍(喷涂顶板要顺风喷过去再逆风喷回来为一遍)，要用不同角度对喷浆位置进行喷涂，达到全面覆盖的效果。喷涂一遍后，等材料凝固大约二十分钟后，再喷涂第二遍。停泵超过五分钟或者施工结束后要用大量清水冲洗泵和管路。根据多年煤矿实践测算，采用本发明提供的微发泡无机喷涂材料喷涂厚度为30～37mm的喷涂体和水泥砂浆综合成本价格相等，一般矿上选择的喷涂厚度在20～30mm之间，完全可以满足技术需求。可见本发明提供的微发泡无机喷涂材料在煤矿井下封堵漏风方面的综合使用成本低于干式或者湿式喷浆。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种微发泡无机喷涂材料，以重量份数计，包括胶凝材料85～90份，复合外加剂10～15份；所述复合外加剂包括特种粘土、干粉发泡剂和促凝激发外加剂。

2.根据权利要求1所述的微发泡无机喷涂材料，其特征在于，所述胶凝材料为硫铝酸盐水泥；所述干粉发泡剂为表面活性剂类发泡剂；所述促凝激发外加剂为碳酸锂；所述特种粘土为膨润土。

3.根据权利要求1或2所述的微发泡无机喷涂材料，其特征在于，所述复合外加剂中特种粘土、干粉发泡剂和促凝激发外加剂的质量比为80～85:14～19:0.5～1.2。

4.一种采用权利要求1～3任一项所述微发泡无机喷涂材料进行煤矿井下喷涂的方法，包括以下步骤：

将微发泡无机喷涂材料和水进行混合，得到水化料浆；

将所述水化料浆利用微发泡无机喷涂装置进行微发泡，形成发泡料浆；

将所述发泡料浆喷涂至煤矿井下待喷浆位置，形成喷涂体。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述微发泡无机喷涂材料和水的质量比为1.4～1.6:1。

6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述微发泡无机喷涂装置包括依次连接的搅拌系统、注浆泵和压风吹送系统；所述煤矿井下喷涂不使用水泥砂浆喷浆机、砂子和石子。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述微发泡无机喷涂装置的总重不超过50公斤；所述压风吹送系统的压力为0.6MPa。

8.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述微发泡的发泡倍率为2～2.5倍。

9.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述喷涂体为闭孔泡沫体，喷涂体在1小时内强度大于2MPa；喷涂回弹率低于10％。

10.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述发泡料浆的水化热小于40℃。

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