專利名稱：一種用于破碎煤體加固的注漿材料的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種對強(qiáng)度比較低的破碎煤巖體的注漿加固材料，特別是一種用于破碎煤體加固的注漿材料。
背景技術(shù)：
破碎煤巖是工作面開采和巷道掘進(jìn)中經(jīng)常遇到的工程難題。我國破碎頂板煤層所占比例重大，根據(jù)對38個(gè)主要礦務(wù)局的調(diào)查，屬于破碎頂板(相當(dāng)于頂板分類中的1類頂板)的煤層儲量占這些局的討.5%。因此，在回采工作面極易產(chǎn)生冒頂事故。煤巖體巷道在開采和掘進(jìn)過程中，一般存在以下安全問題①在煤巖體嚴(yán)重破碎地段，巷道頂煤和部分直接頂在全巷道寬度上冒落，片幫深度大，施工難度大，安全狀況差，易造成事故；②巷道頂部冒落后形成空洞，積存大量瓦斯，給通風(fēng)和瓦斯管理帶來很多困難，存在事故隱患；③在冒落空洞內(nèi)施工木垛勾頂作業(yè)極其危險(xiǎn)，局部施工的木垛接頂效果差或不接頂，支架因頂梁空支處于失穩(wěn)狀態(tài)，在迎頭冒頂時(shí)，易造成支架砸壞或推垮。對破碎煤巖進(jìn)行有效處理，通常的處理方法一種是增加支護(hù)材料，另一種就是注水泥漿。增加支護(hù)材料對采煤支架的移動帶來很大的影響，又不能從根本上解決冒頂問題； 水泥漿又因其可注性差等工程性質(zhì)影響，而達(dá)不到注漿加固效果。所以，尋找新注漿達(dá)到加固煤巖具有重要的研究意義。目前，用于破碎煤體加固的化學(xué)注漿材料(如雙組分的聚亞膠脂注漿材料)，其在使用過程中存在以下3個(gè)方面的問題
1)粘度高，流動性差，只適合于破碎煤體工作面迎頭局部短距離(<5m)的注射注漿，不適合在回風(fēng)巷和進(jìn)風(fēng)巷的長鉆孔注漿。針對大工作面的整體注漿，其加固效果大大受到限制；
2)價(jià)格昂貴，目前市場價(jià)格在3萬一4萬/噸之間，不適合工作面的注漿量較大的破碎煤體加固工程應(yīng)用。3)需要專門的進(jìn)口注漿機(jī)具。4)其他類別注漿材料存在易燃、易爆的潛在危險(xiǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是要提供一種加固煤礦破碎煤體時(shí)價(jià)格低廉、環(huán)保、高強(qiáng)、安全的用于破碎煤體加固的注漿材料。本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的該注漿材料，由A溶液和B溶液兩種溶液組成；其中 A溶液為聚硅溶液，包括脲醛樹脂和硅溶膠，按質(zhì)量比2:1配合，在2(Γ30攝氏度溫度條件下混合生成質(zhì)量濃度為30 45%的乳白色聚硅溶液，再加入聚硅溶液特制增韌劑4%，作為注漿材料的主液；所述的脲醛樹脂的固含量為35 40%，摩爾比小于1. 5，游離甲醛含量彡3mg/100g的級環(huán)保脲醛樹脂；所述的硅溶膠的質(zhì)量濃度為30 40%，硅溶膠PH值8 9，平均粒徑7 24nm,比表面積140 400m2/g，粘度17 20cp ；B溶液為固化劑，包括氯化鈣和氧化淀粉，其中氯化鈣的純度為90%，分別向氯化鈣和氧化淀粉中加入純凈水拌制成水溶液，氯化鈣水溶液的質(zhì)量濃度為4% 10% ；氧化淀粉的水溶液的質(zhì)量濃度為59Γ12%，按1:1質(zhì)量配比，在常溫下混合； A溶液和B溶液的質(zhì)量比為4 :1 5 :1。有益效果，由于采用了上述方案，脲醛樹脂膠體是高度分散的分散體系，其分散粒子尺寸在0.1/# 10 m之間。由于膠體的粒子有很大的比表面，體系的自由能也很高，所以，粒子有自動聚集以降低體系表面能的趨勢，屬熱力學(xué)不穩(wěn)定體系，而其穩(wěn)定性取決于粒子之間的吸引力和排斥力。粒子碰撞有兩種結(jié)果，一種是斥力大于引力，溶膠仍保持原狀，另一種是引力大于斥力，引起聚結(jié)，所以在粒子濃度很低，達(dá)不到一定的表面積和表面能時(shí)，不會自動發(fā)生聚結(jié)，在不含電解質(zhì)或電解質(zhì)濃度很低的溶膠內(nèi)，溶膠粒子間的排斥力足以阻止粒子間自動聚集，從而保持原狀。相反，若以上兩種濃度達(dá)到某種匹配，就會出現(xiàn)聚結(jié)仍致凝固。脲醛樹脂中，存在有質(zhì)子化甲醛雙吸附層，在樹脂貯存期起著穩(wěn)定劑的作用。 由于此質(zhì)子化甲醛雙吸附層的保護(hù)膜作用，使膠體粒子發(fā)生聚集的有效碰撞機(jī)會大大下降了，故而有較長的貯存期。然而，一旦有電解質(zhì)的介入，固化過程就會加快。以強(qiáng)酸弱堿鹽為例，電解質(zhì)溶解，以正負(fù)離子進(jìn)入膠液，使膠液P H出現(xiàn)先下降又回升再下降的變化。原因是強(qiáng)酸根離子的作用，使PH下降，但酸根立即與雙吸附層的外層作用，作用結(jié)果使PH值回升，同時(shí)被暴露的內(nèi)質(zhì)子層與膠液中的OH-作用，致使整個(gè)雙吸附層破壞，膠料之間有效碰撞大幅度提高，發(fā)生聚結(jié)，甲醛釋放，H+留在膠液中，pH再次下降。從貯存的角度考慮，脲醛樹脂膠都是在弱堿性的條件下放置，這樣可以保護(hù)此雙吸附層的穩(wěn)定，從而有一定的貯存期。硅溶膠Ph值在纊12之間，比表面積為5(T400m2/g，粒徑范圍在I-IOOnm之間，與一般粒徑0. Γ10 —的乳液相比粒徑小的多，因此，硅溶膠的加入對脲醛醛樹脂有3個(gè)方面的作用①能夠脲醛樹脂溶液保持較好的弱堿環(huán)境，增加其保質(zhì)期。②硅溶膠顆粒更容易分散到樹脂中，進(jìn)一步提高混合溶液固結(jié)后的力學(xué)性質(zhì)。③硅溶膠和脲醛樹脂固化都屬于微觀粒子的聚結(jié)和沉降過程，因此在固化劑氯化鈣等溶液作用下，改變了脲醛樹脂和硅溶膠穩(wěn)定共存的弱堿環(huán)境，分別使得脲醛樹脂和硅溶膠聚結(jié)沉降并形成各自三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，這種三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)相互交錯(cuò)，最終凝膠和固化。加固煤礦破碎煤體時(shí)價(jià)格低廉、環(huán)保、高強(qiáng)、安全，達(dá)到了本發(fā)明的目的。優(yōu)點(diǎn)本發(fā)明的固煤注漿新材料，其價(jià)格在0. 6萬 0. 9萬/噸，其初始粘度小在 20cp左右，具有良好的滲透性和較高固結(jié)強(qiáng)度，不帶電，不燃燒，粘度低，耐高溫，保質(zhì)期長，不燃燒，不污染環(huán)境，安全可靠，在固化劑和增韌劑作用下能迅速固化成型，凝膠時(shí)間根據(jù)現(xiàn)場施工情況隨時(shí)可調(diào)，調(diào)節(jié)范圍廣，可用國產(chǎn)普通注漿泵注漿，使用簡潔方便?？蓱?yīng)用于煤礦井下采煤領(lǐng)域遇到的孤島工作面破碎煤體、斷層帶破碎煤體等破碎煤巖體的注漿加固。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例1 該注漿材料，由A溶液和B溶液兩種溶液組成；其中A溶液為聚硅溶液，包括脲醛樹脂和硅溶膠，按質(zhì)量比2:1配合，在2(Γ30攝氏度溫度條件下混合生成質(zhì)量濃度為30 45%的乳白色聚硅溶液，作為注漿材料的主液；所述的脲醛樹脂的固含量為35 40%，摩爾比小于1. 5，游離甲醛含量< ;3mg/100g的級環(huán)保脲醛樹脂；所述的硅溶膠的質(zhì)量濃度為30 40%，硅溶膠PH值8 9，平均粒徑7 Mnm，比表面積140 400m2/g，粘度 17 20cp ；
B溶液為固化劑，包括氯化鈣和氧化淀粉，其中氯化鈣的純度為90%，分別向氯化鈣和氧化淀粉中加入純凈水拌制成水溶液，氯化鈣水溶液的質(zhì)量濃度為49TlO% ；氧化淀粉的水溶液的質(zhì)量濃度為59Γ12%，按1:1質(zhì)量配比，在常溫下混合；
A溶液和B溶液的質(zhì)量比為4 :1 5 :1 ；混合后能在幾分鐘 2小時(shí)內(nèi)迅速固化并形成強(qiáng)度。取固含量35%、EO級的脲醛樹脂4000Kg，質(zhì)量濃度為35%硅溶膠4000 Kg,置于反應(yīng)釜中，加溫至30度，反應(yīng)10分鐘，即生成聚硅溶液。作為A液；
取質(zhì)量比為5:10:85，由純度高于90%GaCL2、氧化淀粉、純凈水拌制而成的水溶液100 Kg作為B液；。利用國產(chǎn)普通化學(xué)注漿泵，A/B溶液按體積比A:B=4:1，在壓力條件下，灌注入煤、 巖體中，等其固化即可。1)脲醛樹脂作為注漿材料，實(shí)踐證明脲醛樹脂摩爾比小于1.5時(shí)漿液很難固化凝膠。本發(fā)明聚硅溶液由摩爾比小于1. 5的甲醛含量< ;3mg/100g的級環(huán)保脲醛樹脂，脲醛樹脂固含量35 40%，與質(zhì)量濃度為30 40%硅溶膠，硅溶膠PH值8 12，平均粒徑7 20nm,比表面積140 400m2/g，粘度17 20cp，按質(zhì)量比5:1在30 40攝氏度溫度條件下混合反應(yīng)生成的質(zhì)量濃度為30 45%的乳白色聚硅溶液，硅溶膠細(xì)微的顆粒，能有效的滲透到脲醛樹脂的活性基團(tuán)(-CH20H、-NH-、-CH2-0-CH2-)中，在其凝膠交聯(lián)形成穩(wěn)定的三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)與硅溶膠凝膠形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)相互交錯(cuò)。可以作為破碎煤體加固的主要材料。2)實(shí)踐證明摩爾比小于1. 5的脲醛樹脂由于其不易凝膠固化，不宜作為注漿材料，但摩爾比小于1. 5的脲醛樹脂多為環(huán)保型樹脂，因此本注漿材料加入硅溶膠和氯化鈣固化劑后，使得環(huán)保型脲醛樹脂得以應(yīng)用。2)固化劑由純度高于90%氯化鈣、氧化淀粉、純凈水拌制而成的水溶液。其質(zhì)量比為(4 10) (5 12) (91 78)。3)該注漿材料在固結(jié)后其最大抗壓強(qiáng)度可達(dá)14MPa以上，干粘結(jié)強(qiáng)度達(dá)3MPa以上。4)該漿液在使用時(shí)固化后具有較高強(qiáng)度，不燃燒，不帶電，不污染環(huán)境安全可靠， 可應(yīng)用于煤礦井下采煤領(lǐng)域遇到的孤島工作面破碎煤體、斷層帶破碎煤體、強(qiáng)度比較低的破碎煤體的注漿加固。實(shí)施例2 取固含量39%、EO級的脲醛樹脂4000Kg，質(zhì)量濃度為40%硅溶膠1000 Kg,置于反應(yīng)釜中，加溫至25度，反應(yīng)10分鐘，即生成聚硅溶液。作為A液；
取質(zhì)量比為10:12:78，由純度高于90%GaCL2、氧化淀粉、純凈水拌制而成的水溶液100 Kg作為B液；利用國產(chǎn)普通化學(xué)注漿泵，A/B溶液按體積比A:B=5:1，在壓力條件下，灌注入煤、巖體中，等其固化即可。實(shí)施例3 取固含量30%、EO級的脲醛樹脂4000Kg，質(zhì)量濃度為37%硅溶膠1000Kg,置于反應(yīng)釜中，加溫至20度，反應(yīng)10分鐘，即生成聚硅溶液。作為A液；
取質(zhì)量比為6:8:84，由純度高于95%GaCL2、氧化淀粉、純凈水拌制而成的水溶液100 Kg作為B液；利用國產(chǎn)普通化學(xué)注漿泵，A/B溶液按體積比A:B=5:1，在壓力條件下，灌注入煤、巖體中，等其固化即可。 利用國產(chǎn)普通化學(xué)注漿泵，A/B溶液按體積比A:B=5:1，在壓力條件下，灌注入煤、 巖體中，等其固化即可。
權(quán)利要求
1. 一種用于破碎煤體加固的注漿材料，其特征在于該注漿材料，由A溶液和B溶液兩種溶液組成；其中A溶液為聚硅溶液，包括脲醛樹脂和硅溶膠，按質(zhì)量比2:1配合，在 20^30攝氏度溫度條件下混合生成質(zhì)量濃度為30 45%的乳白色聚硅溶液，再加入聚硅溶液特制增韌劑496，增韌劑為鄰苯二甲酸酯(D0P)、磷酸甲苯二苯酯(CDP)質(zhì)量比為1.2:0.8 常溫液體混合物，作為注漿材料的主液；所述的脲醛樹脂的固含量為35 40%，摩爾比小于 1. 5，游離甲醛含量< ;3mg/100g的級環(huán)保脲醛樹脂；所述的硅溶膠的質(zhì)量濃度為30 40%,硅溶膠PH值8 9，平均粒徑7 Mnm，比表面積140 400m2/g，粘度17 20cp ；B溶液為固化劑，包括氯化鈣和氧化淀粉，其中氯化鈣的純度為90%，分別向氯化鈣和氧化淀粉中加入純凈水拌制成水溶液，氯化鈣水溶液的質(zhì)量濃度為4% 10% ；氧化淀粉的水溶液的質(zhì)量濃度為59Γ12%，按1:1質(zhì)量配比，在常溫下混合；A溶液和B溶液的質(zhì)量比為4 :1 5 :1 ；混合后能在幾分鐘 2小時(shí)內(nèi)迅速固化并形成強(qiáng)度。
全文摘要
一種用于破碎煤體加固的注漿材料，由A、B兩種溶液組成，A聚硅溶液，由摩爾比小于1.5、游離甲醛含量≤3mg/100g的E0級環(huán)保脲醛樹脂與質(zhì)量濃度為30～40%硅溶膠，硅溶膠PH值8～9，平均粒徑7～24nm，比表面積140～400m2/g，粘度17～20cp；按質(zhì)量比2:1在20~30攝氏度溫度條件下混合生成的質(zhì)量濃度為30～45%的乳白色聚硅溶液，再加入聚硅溶液特制增韌劑4%；B液質(zhì)量濃度為4%~10%的GaCL2水溶液和質(zhì)量濃度為5%~12%的氧化淀粉的水溶液按1:1常溫混合，作為固化劑；A、B液在質(zhì)量比41～51范圍混合后能在幾分鐘～2小時(shí)內(nèi)迅速固化并形成強(qiáng)度；該注漿材料，不帶電,不燃燒，粘度低，耐高溫，保質(zhì)期長，在固化劑和增韌劑作用下能迅速固化成型，固化后具有很高強(qiáng)度，不燃燒，安全可靠。
文檔編號C09K8/508GK102492405SQ201110376459
公開日2012年6月13日 申請日期2011年11月24日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月24日
發(fā)明者姜振泉, 王檔良, 隋旺華 申請人:中國礦業(yè)大學(xué)