CN104591676B - 一种采煤工作面加固用化学注浆材料 - Google Patents

一种采煤工作面加固用化学注浆材料 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种采煤工作面加固用化学注浆材料。所述化学注浆材料由A、B双组份混合组成，A组份与B组份的混合体积比为0.8～1:1；以重量份表示，所述A组份由自制氧化淀粉10～25份，水玻璃65～85份，聚丙烯酰胺1～5份，硅烷偶联剂1～3份，表面活性剂1～3份和催化剂1～3份组成；所述B组份为多亚甲基多苯基多异氰酸酯100份。本发明化学注浆材料制备方法简单，浆液粘度低、不含有毒挥发性和腐蚀性物质，固结体阻燃性优异、反应温度低、粘结力好、抗压强度50Mpa以上，并且A、B组份性能稳定贮存期长，更有利于推广应用。

Description

一种采煤工作面加固用化学注浆材料
一、技术领域：
本发明涉及一种化学注浆材料，特别是涉及一种采煤工作面加固用化学注浆材料。
二、背景技术：
随着煤矿开采深度和开采强度的不断增大、以及煤矿下复杂的地质环境，使得煤矿开采过程中极易发生冒顶片帮事故。为了煤矿的安全生产，必须对采煤工作面进行提前注浆支护。目前，常用有机注浆材料其力学性能优异，但是阻燃性差、成本高、反应温度高、影响选煤。例如：1、中国专利公开了一种用于破碎煤体加固的注浆材料，授权公告号：CN102492405 B，授权公告日：2014.07.16，该专利利用氧化淀粉和氯化钙溶液与脲醛树脂和聚硅溶液制成双组份注浆材料，该材料阻燃性好、成本低，但是强度低、固结时间长。2、中国专利公开了一种聚氨酯-水玻璃复合灌浆材料及其制备方法与应用，公开号：CN103756291A，公开日：2014.04.30，该材料采用预聚体来做，制作过程复杂、且产品的性能及稳定性不易控制。
三、发明内容：
本发明要解决的技术问题是：针对采煤工作面的特殊条件和现有采煤工作面所用化学浆料存在的问题，本发明提供一种采煤工作面加固用化学注浆材料。本发明利用自制的氧化淀粉和异氰酸酯反应形成复杂的网状结构，同时由于氧化淀粉是大分子的多羟基化合物使得反应平稳、反应温度低。本发明技术方案中的A、B组份粘度低、稳定性好，有利于长期储存。
为了解决上述问题，本发明采取的技术方案是：
本发明提供一种采煤工作面加固用化学注浆材料，所述化学注浆材料由A、B双组份混合组成，A组份与B组份的混合体积比为0.8～1:1；
以重量份表示，所述A组份由自制氧化淀粉10～25份，水玻璃65～85份，聚丙烯酰胺1～5份，硅烷偶联剂1～3份，表面活性剂1～3份和催化剂1～3份组成；
以重量份表示，所述B组份为多亚甲基多苯基多异氰酸酯100份。
根据上述的采煤工作面加固用化学注浆材料，所述自制氧化淀粉的制备方法为：按照质量份数在反应釜中加入60份水、30份淀粉和质量百分浓度为30%的双氧水5份搅拌均匀，常温条件下充分氧化3h，得到自制氧化淀粉。
根据上述的采煤工作面加固用化学注浆材料，所述水玻璃为硅酸钠溶液或硅酸钾溶液；所述水玻璃的密度为1.30～1.50g/cm3，所述水玻璃的模数为2.5～3.3。
根据上述的采煤工作面加固用化学注浆材料，所述聚丙烯酰胺为阴离子型聚丙烯酰胺或阳离子型聚丙烯酰胺。
根据上述的采煤工作面加固用化学注浆材料，所述硅烷偶联剂为氨丙基三甲氧基硅烷、氨丙基三乙氧基硅烷、γ-氨丙基甲基二乙氧基硅烷和γ- 氨丙基甲基二甲氧基硅烷中的至少一种。
根据上述的采煤工作面加固用化学注浆材料，所述表面活性剂为失水山梨醇脂肪酸酯类表面活性剂即司盘20、司盘40、司盘60、司盘80和司盘85中的至少一种（由江苏省海安石油化工厂生产）。
根据上述的采煤工作面加固用化学注浆材料，所述催化剂为N,N-二甲基环己胺、三（二甲氨基丙基）六氢三嗪、N-甲基吗啉和双(3-二甲氨基丙基)胺中的至少一种。
根据上述的采煤工作面加固用化学注浆材料，所述多亚甲基多苯基多异氰酸酯为PM200多亚甲基多苯基多异氰酸酯。
根据上述的采煤工作面加固用化学注浆材料，所述采煤工作面加固用化学注浆材料的制备方法：先按照权利要求1中A组分的配比比例称取各种成分，并搅拌混合均匀，然后与B组分按照二者的混合体积比0.8～1:1进行注浆。
本发明的积极有益效果：
1、本发明采用自制氧化淀粉，利用氧化淀粉的多羟基结构和异氰酸酯反应形成复杂的网状结构，由于氧化淀粉的大分子结构使得反应平稳、温度较低，淀粉成本低且绿色无污染。
2、本发明的化学注浆材料中加入硅烷偶联剂，使无机的水玻璃和有机的聚氨酯通过化学键的作用结合在一起，同时增加了注浆材料和煤岩体的粘结力。
3、本发明的化学注浆材料中加入聚丙烯酰胺在反应体系中引入了碳链结构，使得整个反应的网状结构相互交联形成一个整体；从而大大提高了注浆材料的抗压强度。
4、本发明利用水玻璃使注浆材料的阻燃性好，同时水玻璃可以吸收反应生成的CO2，所以注浆材料遇水不发泡。
5、本发明的化学注浆材料制备方法简单，浆液粘度低、不含有毒挥发性和腐蚀性物质，固结体强度高、抗压在50Mpa以上，并且A、B组份性能稳定贮存期长，更有利于推广应用。
四、具体实施方式：
以下结合实施例进一步阐述本发明，但并不限制本发明的内容。
下述实施例中所述的份数均为质量份数。
以下实施例中所采用的自制氧化淀粉的制备方法为：
按照质量份数在反应釜中加入60份水、30份淀粉和质量百分浓度为30%的双氧水5份搅拌均匀，常温条件下充分氧化3h，得到自制氧化淀粉。
实施例1：
A组分的制备：称取10份自制氧化淀粉、85份模数为2.5的水玻璃、1份阴离子型聚丙烯酰胺、2份氨丙基三甲氧基硅烷、1份司盘20和1份N,N-二甲基环己胺，搅拌混合均匀，封装备用；
B组份：多亚甲基多苯基多异氰酸酯PM200。
使用时，将A组份和B组份按照体积比为1:1进行混合均匀，常温下反应固化，并测试材料在常温下6小时的产品指标如下表1：
表1 实施例1化学注浆材料的性能数据
A组分粘度(mPa.s,25℃) 270
抗压强度(Mpa) 54.3
粘结强度(Mpa) 3.1
氧指数(%) 53.2
内部反应温度(℃) 87.2
实施例2：
A组分的制备：称取14份自制氧化淀粉、75份模数为2.8的水玻璃、2份阴离子型聚丙烯酰胺、2份氨丙基三乙氧基硅烷、1份γ- 氨丙基甲基二甲氧基硅烷、2份司盘40、1份司盘80和3份N-甲基吗啉，将各种原料搅拌均匀，封装备用；
B组份：多亚甲基多苯基多异氰酸酯PM200；
使用时，将A组份和B组份按照体积比0.8:1混合均匀，常温反应固化，并测试材料在常温下6小时的产品指标如下表2：
表2 实施例2化学注浆材料的性能数据
A组分粘度(mPa.s,25℃) 275
抗压强度(Mpa) 57.6
粘结强度(Mpa) 3.5
氧指数(%) 50.6
内部反应温度(℃) 89.3
实施例3：
A组分的制备：称取 19份自制氧化淀粉、69份模数为2.9的水玻璃、5份阳离子型聚丙烯酰胺、3份γ- 氨丙基甲基二乙氧基硅烷、2份司盘60和2份三（二甲氨基丙基）六氢三嗪，将各种原料混合搅拌均匀，封装备用；
B组份：多亚甲基多苯基多异氰酸酯PM200；
使用时，将A组份和B组份按照体积比1:1的比例混合均匀，常温反应固化，并测试材料在常温下6小时的产品指标如下表3：
表3 实施例3化学注浆材料的性能数据
A组分粘度(mPa.s,25℃) 282
抗压强度(Mpa) 58.7
粘结强度(Mpa) 3.7
氧指数(%) 50.3
内部反应温度(℃) 83.2
实施例4：
A组分的制备：称取 25份自制氧化淀粉、65份模数为3.1的水玻璃、4份阳离子型聚丙烯酰胺、1份γ- 氨丙基甲基二乙氧基硅烷、3份司盘85和2份双(3-二甲氨基丙基)胺，将各种原料混合搅拌均匀，封装备用；
B组份：多亚甲基多苯基多异氰酸酯PM200；
使用时，将A组份和B组份按照体积比1:1的比例混合均匀，常温反应固化，并测试材料在常温下6小时的产品指标如下表4：
表4 实施例4化学注浆材料的性能数据
A组分粘度(mPa.s,25℃) 294
抗压强度(Mpa) 53.1
粘结强度(Mpa) 2.8
氧指数(%) 50.2
内部反应温度(℃) 79.6
实施例5：
A组分的制备：称取21份自制氧化淀粉、72份模数为2.5的水玻璃、1份阴离子型聚丙烯酰胺、3份氨丙基三甲氧基硅烷、2份司盘40和1份双(3-二甲氨基丙基)胺，将各种原料混合搅拌均匀，封装备用；
B组份：多亚甲基多苯基多异氰酸酯PM200；
使用时，将A组份和B组份按照体积比0.92:1的比例混合均匀，常温反应固化，并测试材料在常温下6小时的产品指标如下表5：
表5 实施例5化学注浆材料的性能数据
A组分粘度(mPa.s,25℃) 283
抗压强度(Mpa) 54.8
粘结强度(Mpa) 3.6
氧指数(%) 51.3
内部反应温度(℃) 86.3
实施例6：
A组分的制备：称取 16份自制氧化淀粉、72份模数为3.3的水玻璃、4份阴离子型聚丙烯酰胺、2份γ- 氨丙基甲基二甲氧基硅烷、3份司盘60和3份三（二甲氨基丙基）六氢三嗪，将各种原料混合搅拌均匀，封装备用；
B组份：多亚甲基多苯基多异氰酸酯PM200；
使用时，将A组份和B组份按照体积比1:1的比例混合均匀，常温反应固化，并测试材料在常温下6小时的产品指标如下表6：
表6 实施例6化学注浆材料的性能数据
A组分粘度(mPa.s,25℃) 276
抗压强度(Mpa) 56.2
粘结强度(Mpa) 3.2
氧指数(%) 51.6
内部反应温度(℃) 86.2

Claims (9)

1.一种采煤工作面加固用化学注浆材料，其特征在于，所述化学注浆材料由A、B双组份混合组成，A组份与B组份的混合体积比为0.8～1:1；
以重量份表示，所述A组份由自制氧化淀粉10～25份，水玻璃65～85份，聚丙烯酰胺1～5份，硅烷偶联剂1～3份，表面活性剂1～3份和催化剂1～3份组成；
以重量份表示，所述B组份为多亚甲基多苯基多异氰酸酯100份；
所述自制氧化淀粉的制备方法为：按照质量份数在反应釜中加入60份水、30份淀粉和质量百分浓度为30%的双氧水5份搅拌均匀，常温条件下充分氧化3h，得到自制氧化淀粉。
2.根据权利要求1所述的采煤工作面加固用化学注浆材料，其特征在于，所述水玻璃为硅酸钠溶液或硅酸钾溶液；所述水玻璃的密度为1.30～1.50g/cm3。
3.根据权利要求1所述的采煤工作面加固用化学注浆材料，其特征在于，所述水玻璃的模数为2.5～3.3。
4.根据权利要求1所述的采煤工作面加固用化学注浆材料，其特征在于，所述聚丙烯酰胺为阴离子型聚丙烯酰胺或阳离子型聚丙烯酰胺。
5.根据权利要求1所述的采煤工作面加固用化学注浆材料，其特征在于，所述硅烷偶联剂为氨丙基三甲氧基硅烷、氨丙基三乙氧基硅烷、γ-氨丙基甲基二乙氧基硅烷和γ- 氨丙基甲基二甲氧基硅烷中的至少一种。
6.根据权利要求1所述的采煤工作面加固用化学注浆材料，其特征在于，所述表面活性剂为失水山梨醇脂肪酸酯类表面活性剂即司盘20、司盘40、司盘60、司盘80和司盘85中的至少一种。
7.根据权利要求1所述的采煤工作面加固用化学注浆材料，其特征在于，所述催化剂为N,N-二甲基环己胺、三（二甲氨基丙基）六氢三嗪、N-甲基吗啉和双(3-二甲氨基丙基)胺中的至少一种。
8.根据权利要求1所述的采煤工作面加固用化学注浆材料，其特征在于，所述多亚甲基多苯基多异氰酸酯为PM200多亚甲基多苯基多异氰酸酯。
9.根据权利要求1所述的采煤工作面加固用化学注浆材料，其特征在于，所述采煤工作面加固用化学注浆材料的制备方法：先按照权利要求1中A组分的配比比例称取各种成分，并搅拌混合均匀，然后与B组分按照二者的混合体积比0.8～1:1进行注浆。
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