CN113980226B - 一种低温速凝硅酸盐改性聚氨酯加固材料 - Google Patents

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Abstract

本发明属于煤岩体化学加固技术领域，具体是一种低温速凝硅酸盐改性聚氨酯加固材料；由A组分和B组分组成，A组分包括重量份为50‑100份硅酸钠溶液，10‑20份硅烷偶联剂、5‑8份蓖麻油、1‑2份分散剂，1‑2份无机抗静电剂、5‑10份催化剂；B组分包括重量份为50‑100份多异氰酸酯预聚体、10‑20份粉煤灰、1‑5份玄武岩纤维；A组分和B组分的体积比为1‑1.5:1；本发明反应温度远低于传统加固材料的反应温度，反应时间在40s左右，抗压缩形变能力强，固结体结构密实，顶板加固效果显著。

Description

一种低温速凝硅酸盐改性聚氨酯加固材料
技术领域
本发明属于煤岩体化学加固技术领域，涉及一种低温速凝硅酸盐改性聚氨酯加固材料。
背景技术
煤矿井下采掘施工过程中，由于地质构造、原生裂隙及由于采动压力的影响等形成的破碎煤岩体，往往引起巷道围堰、顶板、工作面等尤其是松散煤（岩）体极易塌冒，影响安全生产。特别是随着大型综合采挖设备的普及，煤矿开采过程中需要对开采巷道、硐室、工作面和顶板等进行维护。化学注浆加固技术能及时地改变围岩的松散结构，提高岩体的整体强度，从而提高施工速度，保证工作面的正常接替，值得煤矿在过断层等异常情况时应用。此外，在煤炭生产的其它环节，如：采煤面的片帮、冒顶等类似情况，也可应用该技术进行治理。因此注化学浆加固技术是确保矿井生产安全的一项实用支护技术。井下环境特殊，要求所采用的灌注材料具有与煤体粘性好、有效固结范围大，形成的固结体有一定强度、封闭性好、质轻、化学性质稳定等特点。由于加固用聚氨酯材料可满足以上特性，近年来，国内外学者对加固用聚氨酯材料进行了大量的研究，并应用于松散煤体的加固，取得良好效果，解决了矿井生产的难题。
对于应用于煤矿井下的聚氨酯类高分子注浆加固材料，除了力学性能方面的要求以外，为保证井下的施工安全，还要求其应具备较高的闪点、环保无毒、较低的反应温度和较高的阻燃性等特点，然而现有的煤矿用聚氨酯注浆加固类材料往往无法同时满足以上所有要求。常用的煤岩体加固剂主要有环氧树脂类、脲醛树脂类、聚氨酯类等。其中聚氨酯类
常用水玻璃类化学注浆材料已有很多研究，大多具有渗透性好，无毒性、成分简单等优点，但是固结体强度偏弱，粘结力差，固结体基本没有韧性，不能同时起到加固的作用。
因此，由于井下煤层结构复杂，地质条件、湿度、温度等更是变化多端，现有聚氨酯注浆材料很难适应煤岩体中多种工程状况。而无机加固材料虽然反应温度低，安全性好，但由于强度低、固化时间慢等缺点，在对破碎顶板等进行作业时容易导致液料流失，加固效果不好，大多用来加固巷道煤帮、采掘工作面等，使用范围受限。
发明内容
本发明克服了现有技术的不足，提出一种低温速凝硅酸盐改性聚氨酯加固材料，具有低温速凝、抗压缩形变能力强、早强、高渗透性的优点。
为了达到上述目的，本发明是通过如下技术方案实现的：
一种低温速凝硅酸盐改性聚氨酯加固材料，由A组分和B组分组成，所述A组分包括重量份为50-100份硅酸钠溶液，10-20份硅烷偶联剂、5-8份蓖麻油、1-2份分散剂，1-2份无机抗静电剂、5-10份催化剂；所述催化剂为二甲氨基乙氧基乙醇、N,N-二甲基环己胺，二月桂酸二丁基锡按质量比为1-1.5:0.5:1混合而成；所述B组分包括重量份为50-100份多异氰酸酯预聚体、10-20份粉煤灰、1-5份玄武岩纤维；所述A组分和B组分的体积比为1-1.5:1。
优选的，A组分包括重量份为80份硅酸钠溶液，15份硅烷偶联剂、5份蓖麻油、1份分散剂，1份无机抗静电剂、6份催化剂；所述B组分包括重量份为100份多异氰酸酯预聚体、15份粉煤灰、3份玄武岩纤维。
优选的，所述A组分和B组分的体积比为1:1。
优选的，所述多异氰酸酯预聚体为多苯基多亚甲基多异氰酸酯。
优选的，所述B组分还包括降粘剂1-3份。
本发明相对于现有技术所产生的有益效果为：
本发明所述的改性聚氨酯加固材料具有低温速凝的特点，反应温度远低于传统加固材料的反应温度，为97℃左右，反应时间在40s左右，顶板加固效果显著。
本发明通过纤维和硅烷偶联剂改性，大大提高了产品强度，特别是抗拉强度和粘结强度，产品强度符合我国安全生产行业标准AQ/T1089-2020《煤矿加固煤岩体用高分子材料》，且大大优于行业标准；抗压缩形变能力强，固结体结构密实，使用时受环境因素影响小。
本发明所述加固材料适用井下多种煤层状况的加固使用；具有阻燃、成本低，具有无卤、无毒、高效、安全环保等特点；生产工艺简单、现场施工快捷。
具体实施方式
为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。下面结合实施例详细说明本发明的技术方案，但保护范围不被此限制。
实施例1
一种低温速凝硅酸盐改性聚氨酯加固材料，由A组分和B组分组成，A组分的成分为：100 Kg的硅酸钠溶液，15 Kg硅烷偶联剂、5 Kg蓖麻油、1 Kg分散剂，1 Kg无机抗静电剂、6 Kg催化剂；B组分的成分为：100 Kg多苯基多亚甲基多异氰酸酯、10Kg粉煤灰、1Kg玄武岩纤维、1Kg碳酸丙烯酯；所述A组分和B组分的体积比为1:1。所述催化剂为二甲氨基乙氧基乙醇、N,N-二甲基环己胺，二月桂酸二丁基锡按质量比为1:0.5:1混合而成。
将A、B组分按照1：1的体积比混合制成低温速凝聚氨酯加固材料。组分A和组分B按固定配比通过专用气动注浆泵和混合枪注入到松散、破碎煤岩体的裂隙中，与煤岩体迅速胶结成连续、完整的、具有高强度的固结体，从而起到加固作用。
实施例2
一种低温速凝硅酸盐改性聚氨酯加固材料，由A组分和B组分组成，A组分的成分为：80 Kg的硅酸钠溶液，15 Kg硅烷偶联剂、5 Kg蓖麻油、1 Kg分散剂，1 Kg无机抗静电剂、6Kg催化剂；B组分的成分为：100 Kg多苯基多亚甲基多异氰酸酯、15Kg粉煤灰、3Kg玄武岩纤维、1Kg碳酸丙烯酯；所述A组分和B组分的体积比为1:1。所述催化剂为二甲氨基乙氧基乙醇、N,N-二甲基环己胺，二月桂酸二丁基锡按质量比为1.5:0.5:1混合而成。
将A、B组分按照1：1的体积比混合制成低温速凝聚氨酯加固材料。组分A和组分B按固定配比通过专用气动注浆泵和混合枪注入到松散、破碎煤岩体的裂隙中，与煤岩体迅速胶结成连续、完整的、具有高强度的固结体，从而起到加固作用。
实施例3
一种低温速凝硅酸盐改性聚氨酯加固材料，由A组分和B组分组成，A组分的成分为：50Kg的硅酸钠溶液，10 Kg硅烷偶联剂、5 Kg蓖麻油、1 Kg分散剂，1 Kg无机抗静电剂、6Kg催化剂；B组分的成分为：50Kg多苯基多亚甲基多异氰酸酯、10Kg粉煤灰、1Kg玄武岩纤维、1Kg碳酸丙烯酯；所述A组分和B组分的体积比为1:1。所述催化剂为二甲氨基乙氧基乙醇、N,N-二甲基环己胺，二月桂酸二丁基锡按质量比为1.2:0.5:1混合而成。
将A、B组分按照1：1的体积比混合制成低温速凝聚氨酯加固材料。组分A和组分B按固定配比通过专用气动注浆泵和混合枪注入到松散、破碎煤岩体的裂隙中，与煤岩体迅速胶结成连续、完整的、具有高强度的固结体，从而起到加固作用。
实施例4
一种低温速凝硅酸盐改性聚氨酯加固材料，由A组分和B组分组成，A组分的成分为：100Kg的硅酸钠溶液，20 Kg硅烷偶联剂、8 Kg蓖麻油、2 Kg分散剂，2 Kg无机抗静电剂、10 Kg催化剂；B组分的成分为：100Kg多苯基多亚甲基多异氰酸酯、20Kg粉煤灰、5Kg玄武岩纤维、3Kg碳酸丙烯酯；所述A组分和B组分的体积比为1:1。所述催化剂为二甲氨基乙氧基乙醇、N,N-二甲基环己胺，二月桂酸二丁基锡按质量比为1.3:0.5:1混合而成。
将A、B组分按照1：1的体积比混合制成低温速凝聚氨酯加固材料。组分A和组分B按固定配比通过专用气动注浆泵和混合枪注入到松散、破碎煤岩体的裂隙中，与煤岩体迅速胶结成连续、完整的、具有高强度的固结体，从而起到加固作用。
性能比较：
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所做的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施方式仅限于此，对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明的前提下，还可以做出若干简单的推演或替换，都应当视为属于本发明由所提交的权利要求书确定专利保护范围。

Claims (1)

1.一种低温速凝硅酸盐改性聚氨酯加固材料，其特征在于，由A组分和B组分组成，A组分的成分为：50Kg的硅酸钠溶液，10 Kg硅烷偶联剂、5 Kg蓖麻油、1 Kg分散剂，1 Kg无机抗静电剂、6 Kg催化剂；B组分的成分为：50Kg多苯基多亚甲基多异氰酸酯、10Kg粉煤灰、1Kg玄武岩纤维、1Kg碳酸丙烯酯；所述A组分和B组分的体积比为1:1；所述催化剂为二甲氨基乙氧基乙醇、N,N-二甲基环己胺，二月桂酸二丁基锡按质量比为1.2:0.5:1混合而成；将A、B组分按照1：1的体积比混合制成低温速凝聚氨酯加固材料。
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