CN104478367A - 一种空穴充填水硬性无机粉体发泡材料及其应用 - Google Patents

一种空穴充填水硬性无机粉体发泡材料及其应用 Download PDF

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Abstract

本发明一种空穴充填水硬性无机粉体发泡材料及其应用,涉及一种含无机黏结剂的组合物及其应用,特别是涉及一种用于空穴充填的含无机黏结剂的粉体发泡材料及其应用。其目的是为了提供一种成型温度低、固结快、密度小、发泡倍数大的空穴充填水硬性无机粉体发泡材料及其应用。本发明的无机粉体发泡材料包括:水泥、石膏粉、粉煤灰粉、磨细矿渣粉、石英粉、硅灰粉、碳酸盐粉末、发泡剂、促凝剂粉末。本发明的原料易于获得、产品易于保存;使用时操作简便、成型温度低、固结快、密度小、发泡倍数大。本发明用于煤矿井下填充或井下灭火等领域。

Description

一种空穴充填水硬性无机粉体发泡材料及其应用
技术领域
本发明涉及一种含无机黏结剂的组合物及其应用,特别是涉及一种用于空穴充填的含无机黏结剂的粉体发泡材料及其应用。
背景技术
随着煤矿采矿工业的发展,对井下采煤安全要求越来越高。目前,我国用在煤矿井下的有机高分子充填材料高达5000吨,这种高分子材料主要有酚醛树脂类充填材料、聚氨酯类充填材料等等。中国发明专利CN103627136A介绍了一种煤矿充填密封用高分子发泡材料,这种发泡材料以酚醛树脂结构为主体,主要运用于井下空穴和空洞位置进行充填处理。有机高分子充填材料充填速度快、充填倍数高、施工快捷,已经得到许多煤矿认可。但是,有机高分子充填材料反应温度高,在高瓦斯矿井里使用存在严重的安全隐患;另外,一般高分子充填材料为了达到阻燃性能要求,都要掺入阻燃剂成分,这种阻燃剂成分着火产生烟雾,会使自救器失效,容易出现生命危险。有机高分子充填材料价格昂贵,不利于煤矿生产成本控制。中国发明专利CN103553482A和CN102850003B均介绍了使用无机材料作为井下充填材料使用,但是上述两种无机充填材料发泡倍数小或者不发泡,发泡原理是采用化学发泡形式,会产生对井下有害的气体如氧气(对废旧巷道、小窑老区、工作面架后有害)、本体凝结时间长、成型慢、固化成型后密度大、对顶底板压力大等原因,不适合煤矿井下快速充填的要求。也起不到有效空间有效密封密闭的要求,以及起到有效的防灭火作用。
目前,在其他行业的类似产品如发泡水泥、泡沫混凝土等硅酸盐类轻质材料由于其操作工艺复杂,材料强度发展缓慢、产品氧气等特点,并不适合在煤矿井下使用。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种成型温度低、固结快、密度小、发泡倍数大的空穴充填水硬性无机粉体发泡材料及其应用。
本发明一种空穴充填水硬性无机粉体发泡材料,其按质量份数包括以下原料:20-60份的水泥、10-40份的石膏粉、10-20份的粉煤灰粉、10-20份的硅灰粉、1-10份的碳酸盐粉末、1-5份的发泡剂和5-10份的促凝剂粉末。
进一步,本发明一种空穴充填水硬性无机粉体发泡材料,所述的水泥为硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥、矿渣水泥、粉煤灰水泥、铝酸盐水泥、硫铝酸盐水泥、铁铝酸盐水泥中的一种或多种。
进一步,本发明一种空穴充填水硬性无机粉体发泡材料,所述的石膏粉为无水石膏粉、半水石膏粉、氟石膏粉中的一种或多种。
进一步,本发明一种空穴充填水硬性无机粉体发泡材料,所述的粉煤灰粉为一级粉煤灰粉、二级粉煤灰粉中的一种或两种。
进一步,本发明一种空穴充填水硬性无机粉体发泡材料,所述的硅灰粉为金属硅粉、高纯硅粉、纳米硅粉中的一种或多种,其细度为400-3000目。
进一步,本发明一种空穴充填水硬性无机粉体发泡材料,所述的碳酸盐粉末为碳酸钠、碳酸氢钠、碳酸钙、碳酸氢钙、碳酸锂、碳酸镁中的一种或多种。
进一步,本发明一种空穴充填水硬性无机粉体发泡材料,所述的发泡剂为粉剂,其为松香皂发泡剂、动物蛋白发泡剂、植物蛋白发泡剂中的一种或多种。
进一步,本发明一种空穴充填水硬性无机粉体发泡材料,所述的促凝剂粉末为硅酸钠粉末、硅酸钾粉末、亚硝酸钠粉末、氢氧化钠粉末、氢氧化钙粉末、铝矾土水泥、硫酸铝粉末中的一种或多种。
可选的,本发明一种空穴充填水硬性无机粉体发泡材料,按质量份数还包括0.1-10份的磨细矿渣粉。
可选的,本发明一种空穴充填水硬性无机粉体发泡材料,按质量份数还包括0.1-10份的石英粉。
本发明一种空穴充填水硬性无机粉体发泡材料的应用,其用于煤矿井下填充或井下灭火。
进一步,本发明一种空穴充填水硬性无机粉体发泡材料的应用,所述的井下填充,包括以下步骤:
一、将本发明空穴充填水硬性无机粉体发泡材料的原料加入搅拌器,搅拌混合15min,即制得干粉混合物;
二、将步骤一中制得的产品与水按照质量比为1:1-3进行混合,通过螺杆式注浆泵高速搅拌和连续输出,即可形成泡沫浆,将泡沫浆置于需要填充的位置。
本发明的一种空穴充填水硬性无机粉体发泡材料及其应用与现有技术相比具有如下有益效果:
1、本发明的一种空穴充填水硬性无机粉体发泡材料,原料易于获得,全部为粉体材料,使用干粉防潮袋包装,可减少生产、包装、运输、储存成本;且不受地域影响,如在北方冬季材料不会受冻。
2、本发明所用发泡剂为粉剂,材料使用时直接与水混合搅拌发泡,属于纯物理发泡,不产生任何对煤矿井下有害的气体如氧气、二氧化碳等。
3、本发明的产品成型温度低,几乎不产生热量,反应温度小于40℃,特别适合高瓦斯、高温矿井充填密封处理。本发明的产品克服了有机高分子充填材料反应温度高、含有有害成分危害人员安全等缺点。
4、本发明的产品固结快,可达到2分钟不流动,快速成型,湿密度小于300kg/m3,可用于井下空穴充填。
5、本发明用水量大,水灰比可达到2~3倍质量比,远高于现有技术的用水量,可应用于高温矿井防灭火。
6、本发明采用螺杆泵设备连续式搅拌注浆,粉剂与水通过泵送即可得到泡沫浆,无需预先制泡,简化了成型工艺,而且同时可做到连续式施工。
7、本发明的应用操作简单方便,材料发泡性能可根据现场实际需求调整,所得充填体具有发泡倍数大,可达到15倍,材料成型后自重轻,不会对顶、底板造成过多的压力,达到煤矿井下安全要求。
具体实施方式
实施例1
本实施例的空穴充填水硬性无机粉体发泡材料按表1-3中序号1-3的原料制备。
本实施例的空穴充填水硬性无机粉体发泡材料的应用,其用于井下冒落区、空穴和架后大体积充填。其按以下步骤进行:
一、将原料加入搅拌器,搅拌混合15min,即制得干粉混合物;
二、将步骤一中制得的干粉混合物与水按照质量比为1:2进行混合,通过螺杆式注浆泵高速搅拌和连续输出,即可形成泡沫浆,将泡沫浆通过注浆管路置于井下冒落区、空穴和架后大体积位置进行充填。
实施例2
本实施例的空穴充填水硬性无机粉体发泡材料按表1-3中序号4-6的原料制备。
本实施例的空穴充填水硬性无机粉体发泡材料的应用,其用于上下隅角快速充填,按以下步骤进行:
一、将原料加入搅拌器,搅拌混合15min,即制得干粉混合物;
二、将步骤一中制得的干粉混合物与水按照质量比为1:2.5进行混合,通过螺杆式注浆泵高速搅拌和连续输出,在运输管路口制得泡沫浆,泡沫浆注入上下隅角事先打好的框架内即可完成充填。
实施例3
本实施例的空穴充填水硬性无机粉体发泡材料按表1-3中序号7-9的原料制备。
本实施例的空穴充填水硬性无机粉体发泡材料的应用,其用于煤矿井下着火或高温区域充填密封,按以下步骤进行:
一、将原料加入搅拌器,搅拌混合15min,即制得干粉混合物;
二、将步骤一中制得的干粉混合物与水按照质量比为1:3进行混合,通过螺杆式注浆泵高速搅拌和连续输出,即可形成泡沫浆,将泡沫浆通过注浆管路注入到井下着火区或高温区域进行充填密封和防灭火。
实施例4
本实施例的空穴充填水硬性无机粉体发泡材料按表1-3中序号10-12的原料制备。
本实施例的空穴充填水硬性无机粉体发泡材料的应用,其用于井下临时密闭墙快速充填密封支护,按以下步骤进行:
一、将原料加入搅拌器,搅拌混合15min,即制得干粉混合物;
二、将步骤一中制得的干粉混合物与水按照质量比为1:1进行混合通过螺杆式注浆泵高速搅拌和连续输出,即可形成泡沫浆,将泡沫浆通过注浆管路注入事先做好的密闭墙内,可快速完成临时密闭墙的充填密封支护。
表1 实施例1-4中使用的水泥、石膏粉和粉煤灰粉
表2 实施例1-4中使用的磨细矿渣粉、石英粉、硅灰粉和碳酸盐粉末
表3 实施例1-4中使用的发泡剂粉末和促凝剂粉末
对实施例1-4中应用的材料的下列指标进行检测:常温常压下,泡沫浆体湿密度、可堆积开始时间、固化成型时间。结果如表4所示。
表4 实施例1-3中材料的性能
由上表可知,本发明的产品成型温度低,特别适合高瓦斯、高温矿井充填密封处理;本发明的产品可堆积时间可控制在2min内;本发明的产品其湿密度小于300kg/m3,发泡倍数可达到15倍。
以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述,并非对本发明的范围进行限定,在不脱离本发明设计精神的前提下,本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进,均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (10)

1.一种空穴充填水硬性无机粉体发泡材料,其特征在于:按质量份数包括以下原料:20-60份的水泥、10-40份的石膏粉、10-20份的粉煤灰粉、10-20份的硅灰粉、1-10份的碳酸盐粉末、1-5份的发泡剂和5-10份的促凝剂粉末。
2.根据权利要求1所述的一种空穴充填水硬性无机粉体发泡材料,其特征在于:所述的水泥为硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥、矿渣水泥、粉煤灰水泥、铝酸盐水泥、硫铝酸盐水泥、铁铝酸盐水泥中的一种或多种;所述的石膏粉为无水石膏粉、半水石膏粉、氟石膏粉中的一种或多种;所述的粉煤灰粉为一级粉煤灰粉、二级粉煤灰粉中的一种或两种。
3.根据权利要求1所述的一种空穴充填水硬性无机粉体发泡材料,其特征在于:所述的硅灰粉为金属硅粉、高纯硅粉、纳米硅粉中的一种或多种,其细度为400-3000目。
4.根据权利要求1所述的一种空穴充填水硬性无机粉体发泡材料,其特征在于:所述的碳酸盐粉末为碳酸钠、碳酸氢钠、碳酸钙、碳酸氢钙、碳酸锂、碳酸镁中的一种或多种。
5.根据权利要求1所述的一种空穴充填水硬性无机粉体发泡材料,其特征在于:所述的发泡剂为粉剂,其为松香皂发泡剂、动物蛋白发泡剂、植物蛋白发泡剂中的一种或多种。
6.根据权利要求1所述的一种空穴充填水硬性无机粉体发泡材料,其特征在于:所述的促凝剂粉末为硅酸钠粉末、硅酸钾粉末、亚硝酸钠粉末、氢氧化钠粉末、氢氧化钙粉末、铝矾土水泥、硫酸铝粉末中的一种或多种。
7.根据权利要求1-6中任一权利要求所述的一种空穴充填水硬性无机粉体发泡材料,其特征在于:其按质量份数还包括0.1-10份的磨细矿渣粉。
8.根据权利要求1-6中任一权利要求所述的一种空穴充填水硬性无机粉体发泡材料,其特征在于:其按质量份数还包括0.1-10份的石英粉。
9.一种权利要求1所述的空穴充填水硬性无机粉体发泡材料的应用,其特征在于:用于煤矿井下填充或井下灭火。
10.根据权利要求9所述的一种空穴充填水硬性无机粉体发泡材料的应用,其特征在于:所述的井下填充,包括以下步骤:
一、将权利要求1中所述的原料加入搅拌器,搅拌混合15min,即制得干粉混合物;
二、将步骤一中制得的干粉混合物与水按照质量比为1:1-3进行混合,通过螺杆式注浆泵高速搅拌和连续输出,即可形成泡沫浆,将泡沫浆置于需要填充的位置。
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