CN108129943A - 一种井下快速堵漏填充的复合喷涂材料与构架及实施方法 - Google Patents

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Abstract

一种井下快速堵漏填充的复合喷涂材料与构架及实施方法，属于复合喷涂材料与密封构架及其实施方法。选择酚醛泡沫、聚氨酯泡沫和脲醛泡沫设定合理的配比，合成喷涂材料的基料，添加适当的阻燃剂，提高基料的阻燃特性，加入防静电材料，催化剂、固化剂、表面活性剂、发泡剂等材料经特定工艺过程，形成阻燃防静电的复合高分子喷涂材料。选择纤维‑凯夫拉作为原料形成密封构架，作为喷涂材料的载体，结构形变灵活，组合形成快速密封堵漏的整体。通过不同的实施例，验证了复合喷涂材料具有质量轻、成型快、密封性强、防火堵漏效果好的特点，能够有效防止井下漏风和有害气体涌出，保障工作人员的生命安全。

Description

一种井下快速堵漏填充的复合喷涂材料与构架及实施方法
技术领域
本发明涉及一种复合喷涂材料与密封构架及其实施方法，特别是一种井下快速堵漏填充的复合喷涂材料与密封构架及其实施方法。
背景技术
随着煤矿采深逐渐加大，综合机械化程度提高，高产高效工作面的建设，工作面上隅角瓦斯管理风险越来越高，高效治理越来越困难，严重制约着煤矿的安全高效生产。矿井漏风会造成动力的额外消耗，使矿井、采区和工作面的有效风量(送达用风地点的风量)减少，造成瓦斯积聚、气温升高等，影响安全生产和工人身体健康。大量的漏风会使通风***稳定性降低，风流易紊乱，调风困难，易发生瓦斯事故。会使采空区、被压碎的煤柱和封闭区内的煤炭及可燃物发生氧化自燃，易发生火灾。当地表有塌陷区时，老窑裂隙的漏风会将采空区的有害气体带入井下，使井下环境条件恶化而威胁安全生产。井下漏风控制是防止有害气体涌入生产区域和煤层自燃火灾的最主要手段之一。在高瓦斯工作面尾巷取缔后，国内外煤矿广泛采用采空区或者上隅角抽采的方法来解决瓦斯局部超限的问题，通过堵漏的技术方法来降低采空区高瓦斯风流的漏出，提高上隅角瓦斯抽采的浓度等措施。现阶段广泛应用密闭堵漏材料对漏风点进行封堵，以确保矿井的安全生产。
目前，有机固化泡沫堵漏风的主要产品有罗克休、马丽散、艾格劳尼等。主要应用范围包括各种废巷、老硐室、溜煤眼、空穴的充填，漏风通道和采空区漏风的大面积封堵等。有机固化泡沫相比无机材料具有突出的施工速度快，硬化时间短，粘结强度高，气密性好，整体抗压能力强、不易开裂，能承受岩层变化引起的压力扰动等特点。虽然这些有机泡沫材料产品众多，封堵漏风效果也较好，但是，按照化学成分主要分为三种类型：聚氨酯泡沫、酚醛泡沫和脲醛泡沫。这些材料作为单一产品使用时较为昂贵，在应用过程中负面影响较大。
发明内容
本发明的目的是要提供一种井下快速堵漏填充的复合喷涂材料与密封构架及其实施方法，解决现有材料作为单一产品使用时较为昂贵，在应用过程中负面影响较大的问题。
本发明的目的是这样实现的：本发明包括一种快速堵漏井下瓦斯的复合高分子喷涂材料、密封框架和喷涂材料的制备方法。
所述的喷涂材料为复合高分子材料，包括：苯酚、脲素和多聚甲醛作为反应单体，其质量比为：8：3：8；还包括添加剂，三种反应单体与添加剂的质量比为8：3：8：1；所述的添加剂包括：催化剂、固化剂、阻燃剂、抗静电剂、发泡剂和水；控制催化剂：固化剂：阻燃剂：抗静电剂：发泡剂：水的质量比为2:5:7:1:7:1；控制反应时间与反应温度。
所述的催化剂为：反应型胺类PT306&PT304，属于反应型胺类，气味小，能够促进泡沫尺寸的稳定性。
所述的固化剂为：莫卡(MOCA)·胺类化合物，属于一缩二乙二醇(DEG)属于聚醚多元醇；两种固化剂混合使用的质量比例取6:5，两种物质混合使用能够加快固化速度。
所述的阻燃剂组分质量为：100％的磷酸三(β-氯乙基)酯TCEP；
所述的抗静电剂为：Cacafor PU MS/T；
所述的发泡剂为：1,1,1,3,3-五氟丁烷(HFC-365MFC)与1,1,1,3,3-五氟丙烷(HFC-245fa)，HFC-365MFC沸点较低(15.3℃)，HFC-245fa易发生闪爆，二者须混合后使用，质量比为7:3-3:7之间。
所述的水为去离子水。
所述的密封骨架由一种结构形变灵活的纤维构成，选用纤维-凯夫拉为原料，原名聚对苯二甲酰对苯二胺，为一种防火纤维；在需要堵漏的地点将密封骨架结构固定在漏风区域，用"纤维-凯夫拉"材料作为骨架结构，其形状随着需要堵漏地点地貌形状的变化而灵活变动。
喷涂材料的实施方法，具体步骤如下：
喷涂材料的合成采用不饱和聚酯反应釜，将各个单体在分子水平下进行共缩聚反应，控制添加苯酚、脲素、多聚甲醛的质量比为：8：3：8，其余成分为添加剂,分别在后面的步骤中进行添加，控制催化剂：固化剂：阻燃剂：抗静电剂：发泡剂：水的质量比为2:5:7:1:7:1。
步骤一，将苯酚和脲素分多次添加，有利于减缓反应过程的反应热，易于控制，多聚甲醛于最后一次性倒入；保持温度72℃，均匀搅拌1小时后等待步骤二；
步骤二，所述的添加剂中的催化剂选用质量分数为5％的反应型胺类PT306和PT304；发泡剂选用1,1,1,3,3-五氟丁烷(HFC-365MFC)与1,1,1,3,3-五氟丙烷(HFC-245fa)，HFC-365MFC沸点较低(15.3℃)，HFC-245fa易发生闪爆，二者须混合后使用，质量比为7:3-3:7之间；加入不饱和聚酯反应釜中，保持温度为72℃，均匀搅拌1小时后等待步骤三；
步骤三，所述的添加剂中的固化剂选用胺类化合物莫卡(MOCA)；一缩二乙二醇(DEG)，聚醚多元醇；加入阻燃剂磷酸三(β-氯乙基)酯TCEP，加入量为原组分的100％,同时加入2％的抗静电剂Cacafor PU MS/T；将上述固化剂，阻燃剂，抗静电剂一块加入不饱和聚酯反应釜中，保持温度为72℃，均匀搅拌1小时后等待步骤四；
步骤四，对含有喷涂材料的不饱和聚酯反应釜进行泄压降温，将常温的混合材料进行储存，以便现场将混匀的喷涂材料进行使用。
喷涂材料的使用方法：在需要堵漏的地点使用喷涂材料时，对巷道或其顶部进行钻孔，配套使用机动灵活的纤维骨架结构，将密封骨架结构固定在漏风区域，注入复合泡沫材料，两者搭配使用，使得注入后材料与原巷道壁面形成一个隔绝漏风的整体，建立一个良好的喷涂***。其材料喷涂均匀，堵漏效果良好，结构较为稳定。
有益效果，由于采用了上述方案，矿用封堵材料及密封骨架，能够形成一个应用效果良好的堵漏***。该***所述的复合高分子材料绿色环保，能够有效地降低漏风率，全面提高上隅角瓦斯抽采效率和改善瓦斯浓度超限的控制效果。
其催化剂优选使用反应型胺类PT306和PT304，反应结束后催化剂能够附在合成材料中嵌在骨架表面，不易挥发，解决了气味问题，胺类催化剂反应活性高，节省一定的用量；固化剂选择聚醚多元醇莫卡(MOCA)和一缩二乙二醇(DEG)其扯断伸长率均可达到性能要求；阻燃剂和抗静电剂的添加使得材料具有良好的阻燃性能和抗静电性能。
所述的骨架结构选用纤维-凯夫拉材料，阻燃性能好，柔韧度好，能够根据实际情况构建所需的骨架结构，与喷涂材料配合使用，建立一个稳定、方便有效的堵漏***。
解决了现有材料作为单一产品使用时较为昂贵，在应用过程中负面影响较大的问题，达到了本发明的目的。
优点：将聚氨酯泡沫、酚醛泡沫和脲醛泡沫的优势结合在一起，克服它们的不足，对防治上隅角瓦斯具有重要的意义。所述的高分子复合材料具有良好的阻燃性能，抗静电效果，绿色环保，同时具有一定的稳定性，并且是一种由酚醛，脲素和多聚甲醛聚合而成的性能优异的矿用堵漏材料。所述的密封框架结构形变灵活，与堵漏材料共同组成机动灵活的堵漏***。
附图说明：
图1是本发明的复合喷涂泡沫材料复配工艺流程图。
图2是本发明的纤维骨架作用示意图。
图3是本发明的沿空留巷加固实施例图。
图4是本发明的工作面冒顶预防实施例图。
图5是本发明的上下隅角堵漏实施例图。
具体实施方式
通过多种材料的复配研发出复合高分子喷涂材料和结构形变灵活的密封框架，形成上隅角快速密封堵漏风的整体。下面对对本发明的实施进行清楚、完整地说明：
本发明包括一种快速堵漏井下瓦斯的复合高分子喷涂材料、密封框架和喷涂材料的制备方法。
所述的喷涂材料为复合高分子材料，包括：苯酚、脲素和多聚甲醛作为反应单体，其质量比为：8：3：8；还包括添加剂，三种反应单体与添加剂的质量比为8：3：8：1；所述的添加剂包括：催化剂、固化剂、阻燃剂、抗静电剂、发泡剂和水；控制催化剂：固化剂：阻燃剂：抗静电剂：发泡剂：水的质量比为2:5:7:1:7:1；控制反应时间与反应温度。
所述的催化剂为：反应型胺类PT306&PT304，属于反应型胺类，气味小，能够促进泡沫尺寸的稳定性。
所述的固化剂为：莫卡(MOCA)·胺类化合物，属于一缩二乙二醇(DEG)属于聚醚多元醇；两种固化剂混合使用的质量比例取6:5，两种物质混合使用能够加快固化速度。
所述的阻燃剂组分质量为：100％的磷酸三(β-氯乙基)酯TCEP；
所述的抗静电剂为：Cacafor PU MS/T；
所述的发泡剂为：1,1,1,3,3-五氟丁烷(HFC-365MFC)与1,1,1,3,3-五氟丙烷(HFC-245fa)，HFC-365MFC沸点较低(15.3℃)，HFC-245fa易发生闪爆，二者须混合后使用，质量比为7:3-3:7之间。
所述的水为去离子水。
所述的密封骨架由一种结构形变灵活的纤维构成，选用纤维-凯夫拉为原料，原名聚对苯二甲酰对苯二胺，为一种防火纤维；在需要堵漏的地点将密封骨架结构固定在漏风区域，用"纤维-凯夫拉"材料作为骨架结构，在同样情况下，其防护能力至少可增加一倍，并且有很好的柔韧性，其形状可随着需要堵漏地点地貌形状的变化而灵活变动。此密封骨架作用示意图如图2所示。
喷涂材料的实施方法，具体步骤如下：
喷涂材料的合成采用不饱和聚酯反应釜，将各个单体在分子水平下进行共缩聚反应，控制添加苯酚、脲素、多聚甲醛的质量比为：8：3：8，其余成分为添加剂,分别在后面的步骤中进行添加，控制催化剂：固化剂：阻燃剂：抗静电剂：发泡剂：水的质量比为2:5:7:1:7:1。
步骤一，将苯酚和脲素分多次添加，有利于减缓反应过程的反应热，易于控制，多聚甲醛于最后一次性倒入；保持温度72℃，均匀搅拌1小时后等待步骤二；
步骤二，所述的添加剂中的催化剂选用质量分数为5％的反应型胺类PT306和PT304；发泡剂选用1,1,1,3,3-五氟丁烷(HFC-365MFC)与1,1,1,3,3-五氟丙烷(HFC-245fa)，HFC-365MFC沸点较低(15.3℃)，HFC-245fa易发生闪爆，二者须混合后使用，质量比为7:3-3:7之间；加入不饱和聚酯反应釜中，保持温度为72℃，均匀搅拌1小时后等待步骤三；
步骤三，所述的添加剂中的固化剂选用胺类化合物莫卡(MOCA)；一缩二乙二醇(DEG)，聚醚多元醇；加入阻燃剂磷酸三(β-氯乙基)酯TCEP，加入量为原组分的100％,同时加入2％的抗静电剂Cacafor PU MS/T；将上述固化剂，阻燃剂，抗静电剂按照固化剂：阻燃剂：抗静电剂为5:7:1的比例一块加入不饱和聚酯反应釜中，保持温度为72℃，均匀搅拌1小时后等待步骤四；
步骤四，对含有喷涂材料的不饱和聚酯反应釜进行泄压降温，将常温的混合材料进行储存，以便现场将混匀的喷涂材料进行使用。
喷涂材料的使用方法：在需要堵漏的地点使用喷涂材料时，对巷道或其顶部进行钻孔，配套使用机动灵活的纤维骨架结构，将密封骨架结构固定在漏风区域，注入复合泡沫材料，两者搭配使用，使得注入后材料与原巷道壁面形成一个隔绝漏风的整体，建立一个良好的喷涂***。其材料喷涂均匀，堵漏效果良好，结构较为稳定。
实施例1，随着综合机械化开采水平的提高，采用无煤柱开采的工作面越来越多，在切顶沿空留巷成巷过程中，巷道顶底板间容易产生较大裂隙，造成采空区的大量漏风，为采空区遗煤自燃创造了条件。因此采用密封骨架结构连接留巷与顶底板，随后喷涂复合高分子材料，能够有效堵漏风并能大幅提高喷涂材料的利用率，使得材料与原巷道壁面形成一个隔绝漏风的整体，在矿压影响下能够有效保持巷道顶底板间裂隙的密封性。
实施例2，在工作面回采过程中，由于顶板岩性特征和周期来压等因素，易造成工作面顶板的大面积垮落，形成的顶板三角空间为瓦斯积聚提供了场所，造成了瓦斯***的隐患。因此使用密封构架连接在几个支架顶端，形成复合高分子材料的底座，进行大量充填喷注填满空顶区域，混合后的材料渗透到破碎的煤岩体的内部，并通过化学反应发泡，体积膨大，产生附加压力，进一步把未固化的泡沫压到更小的裂隙中，将破碎松散的岩石勃结在一起。施工材料具有较好的粘附性和一定的抗压能力，保障的工作面的安全回采。如图5所示。
实施例3，在工作面回采过程中，由于支架间存在缝隙，在上下隅角压差作用下，形成工作面漏风在上隅角位置涌出，易造成工作面上隅角的瓦斯超限，同时，工作面大量漏风为采空区遗煤自燃也创造了良好的条件，造成了重大事故隐患。采用挡风帘和顺槽末端间隔墙等方式来降低工作面漏风，但是效果不佳。因此，在上下隅角段液压支架的后方，使用密封构架连接成一体，采用复合高分子材料进行喷涂，形成良好的挡风墙，鉴于材料的抗剪切性、质量轻、保持性好的优点，每个月补喷一次效果更佳，有效保障的工作面的安全回采。如图4所示。
综合以上实施例，在制成复合高分子喷涂材料后，进而实施井下堵漏方案。在需要堵漏的地点使用喷涂材料时，对巷道或其顶部进行钻孔，配套使用机动灵活的纤维骨架结构，将密封骨架结构固定在漏风区域，注入复合泡沫材料，两者搭配使用，使得注入后材料与原巷道壁面形成一个隔绝漏风的整体，建立一个良好的喷涂***。其材料喷涂均匀，堵漏效果良好，结构较为稳定。

Claims (9)

1.一种井下快速堵漏填充的复合喷涂材料，其特征在于，所述的喷涂材料为复合高分子材料，包括：苯酚、脲素和多聚甲醛作为反应单体，其质量比为：8：3：8；还包括添加剂，三种反应单体与添加剂的质量比为8：3：8：1；所述的添加剂包括：催化剂、固化剂、阻燃剂、抗静电剂、发泡剂和水；控制催化剂：固化剂：阻燃剂：抗静电剂：发泡剂：水的质量比为2:5:7:1:7:1；控制反应时间与反应温度。
2.根据权利要求1所述的井下快速堵漏填充的复合喷涂材料，其特征在于，所述的催化剂为：反应型胺类PT306&PT304，属于反应型胺类。
3.根据权利要求1所述的井下快速堵漏填充的复合喷涂材料，其特征在于，所述的固化剂为：莫卡（MOCA）·胺类化合物，属于一缩二乙二醇（DEG）属于聚醚多元醇；两种固化剂混合使用的质量比例取6:5，两种物质混合使用能够加快固化速度。
4.根据权利要求1所述的井下快速堵漏填充的复合喷涂材料，其特征在于，所述的阻燃剂组分质量为：100%的磷酸三（β-氯乙基）酯TCEP。
5.根据权利要求1所述的井下快速堵漏填充的复合喷涂材料，其特征在于，所述的抗静电剂为：Cacafor PU MS/T。
6.根据权利要求1所述的井下快速堵漏填充的复合喷涂材料，其特征在于，所述的发泡剂为：1,1,1,3,3-五氟丁烷（HFC-365MFC）与1,1,1,3,3-五氟丙烷（HFC-245fa)，HFC-365MFC沸点较低（15.3℃），HFC-245fa易发生闪爆，二者须混合后使用，质量比为7:3-3:7之间。
7.根据权利要求1所述的井下快速堵漏填充的复合喷涂材料，其特征在于，所述的水为去离子水。
8.与权利要求1所述的井下快速堵漏填充的复合喷涂材料共同使用的构架，其特征在于，所述的密封骨架由一种结构形变灵活的纤维构成，选用纤维-凯夫拉为原料，原名聚对苯二甲酰对苯二胺，为一种防火纤维；在需要堵漏的地点将密封骨架结构固定在漏风区域，用"纤维-凯夫拉"材料作为骨架结构，其形状随着需要堵漏地点地貌形状的变化而灵活变动。
9.权利要求1所述的井下快速堵漏填充的复合喷涂材料的实施方法，其特征在于，喷涂材料的实施方法，具体步骤如下：
喷涂材料的合成采用不饱和聚酯反应釜，将各个单体在分子水平下进行共缩聚反应，控制添加苯酚、脲素、多聚甲醛的质量比为：8：3：8，其余成分为添加剂,分别在后面的步骤中进行添加，控制催化剂：固化剂：阻燃剂：抗静电剂：发泡剂：水的质量比为2:5:7:1:7:1；
步骤一，将苯酚和脲素分多次添加，有利于减缓反应过程的反应热，易于控制，多聚甲醛于最后一次性倒入；保持温度72℃，均匀搅拌1小时后等待步骤二；
步骤二，所述的添加剂中的催化剂选用质量分数为5%的反应型胺类PT306和PT304；发泡剂选用1,1,1,3,3-五氟丁烷（HFC-365MFC）与1,1,1,3,3-五氟丙烷（HFC-245fa)，HFC-365MFC沸点较低（15.3℃），HFC-245fa易发生闪爆，二者须混合后使用，质量比为7:3-3:7之间；加入不饱和聚酯反应釜中，保持温度为72 ℃，均匀搅拌1小时后等待步骤三；
步骤三，所述的添加剂中的固化剂选用胺类化合物莫卡（MOCA）；一缩二乙二醇（DEG），聚醚多元醇；加入阻燃剂磷酸三（β-氯乙基）酯TCEP，加入量为原组分的100%,同时加入2%的抗静电剂Cacafor PU MS/T；将上述固化剂，阻燃剂，抗静电剂一块加入不饱和聚酯反应釜中，保持温度为72 ℃，均匀搅拌1小时后等待步骤四；
步骤四，对含有喷涂材料的不饱和聚酯反应釜进行泄压降温，将常温的混合材料进行储存，以便现场将混匀的喷涂材料进行使用。
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