煤礦加固煤巖體用聚氨酯加固材料的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及煤巖體化學(xué)注漿加固技術(shù)領(lǐng)域，具體是一種用于煤礦行業(yè)中對(duì)煤(巖)體進(jìn)行粘結(jié)加固的聚氨酯材料。
【背景技術(shù)】
[0002]煤礦井下采掘施工過(guò)程中，由于地質(zhì)構(gòu)造、原生裂隙及由于采動(dòng)壓力的影響等形成的破碎煤巖體，往往引起巷道圍堰、頂板、工作面等尤其是松散煤(巖)體極易塌冒，影響安全生產(chǎn)。特別是隨著大型綜合采挖設(shè)備的普及，煤礦開(kāi)采過(guò)程中需要對(duì)開(kāi)采巷道、硐室、工作面和頂板等進(jìn)行維護(hù)。國(guó)外20世紀(jì)70年代就已廣泛使用了化學(xué)注漿加固技術(shù)，如德國(guó)、法國(guó)、俄羅斯等國(guó)開(kāi)發(fā)了多種化學(xué)加固材料和配套施工機(jī)具，化學(xué)注漿加固材料年消耗量在幾百到數(shù)千噸，已作為常規(guī)技術(shù)應(yīng)用于煤礦日常生產(chǎn)。化學(xué)注漿加固技術(shù)能及時(shí)地改變圍巖的松散結(jié)構(gòu)，提高巖體的整體強(qiáng)度，從而提高施工速度，保證工作面的正常接替，值得煤礦在過(guò)斷層等異常情況時(shí)應(yīng)用。此外，在煤炭生產(chǎn)的其它環(huán)節(jié)，如:采煤面的片幫、冒頂?shù)阮?lèi)似情況，也可應(yīng)用該技術(shù)進(jìn)行治理。因此注化學(xué)漿加固技術(shù)是確保礦井生產(chǎn)安全的一項(xiàng)實(shí)用支護(hù)技術(shù)。井下環(huán)境特殊，要求所采用的灌注材料具有與煤體粘性好、有效固結(jié)范圍大，形成的固結(jié)體有一定強(qiáng)度、封閉性好、質(zhì)輕、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定等特點(diǎn)。由于加固用聚氨酯材料可滿足以上特性，近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)加固用聚氨酯材料進(jìn)行了大量的研究，并應(yīng)用于松散煤體的加固，取得良好效果，解決了礦井生產(chǎn)的難題。不過(guò)現(xiàn)用的聚氨酯加固材料還存在著價(jià)格較高、易燃、燃燒時(shí)產(chǎn)生大量有毒氣體的缺點(diǎn)，所以研究一種新型的聚氨酯加固材料是十分必要的，也必將取得良好的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)有聚氨酯加固材料存在價(jià)格高、易燃、燃燒時(shí)產(chǎn)生大量有毒氣體、性能不穩(wěn)定問(wèn)題，而提供一種新型的聚氨酯加固材料，以滿足煤礦安全生產(chǎn)的需求。
[0004]煤礦加固煤巖體用聚氨酯加固材料，由各自獨(dú)立的A組分和B組分組成，且A組分與B組分的體積比為1: 1，其中A組份由聚醚多元醇、催化劑、阻燃劑和抗靜電劑組成，B組份為多亞甲基多苯基多異氰酸酯。
[0005]作為優(yōu)選實(shí)施例，聚醚多元醇的官能團(tuán)為2-4、羥值為280-560、分子量為300-600，催化劑由有機(jī)鉍 BiCATR8118 (Μ)、BiCATR8108 (Μ)、BiCATR8106 (Μ)和反應(yīng)型Ν, Ν-雙(3- 二甲氨基丙基)-Ν- 二異丙醇胺、ALLChem325組成，阻燃劑由四溴鄰苯二甲酸二乙二醇丙二醇二酯TBPADO、N，N雙(2-羥乙基)氨甲基膦酸二乙酯BHAPE、鹵代聚醚多元醇Ixol M125、Ixol B251、磷酸酯二醇 0P550、0P560 和鹵代磷酸酯 FR-780、FR-300 組成，抗靜電劑由季銨鹽陽(yáng)離子BNK ES81、EA87和十八烷基二甲基羥乙基季銨硝酸鹽SN組成。
[0006]本發(fā)明所述的煤礦加固煤巖體用聚氨酯加固材料的制備方法，包括如下步驟:
A組份的制備:將稱量好的聚醚多元醇在攪拌的狀態(tài)下加入到反應(yīng)釜中，負(fù)壓0.1-lMPa室溫下除水0.5?lh.后，接著繼續(xù)加入稱量好的阻燃劑和催化劑及抗靜電劑，最后常溫常壓攪拌混合0.5?lh.直到所投物料全部溶解混合均勻，即可裝桶；
將A組份和B組份按體積比為1:1混合均勻，即得到煤礦用聚氨酯加固材料。
[0007]所述的A組分由聚醚多元醇50?90wt%、催化劑0.1?2.5wt%、阻燃劑10?30wt%、抗靜電劑0.1?2wt%等組成的混合物。
[0008]所述的B組分為多亞甲基多苯基異氰酸酯，是一種官能度大于2的異氰酸酯與二苯基甲烷二異氰酸酯組成的混合物。
[0009]其中，所述的聚醚多元醇為不少于一種的官能度2以上的羥值為280?560mgK0H/g 的聚醚多元醇，如 DL-400、JH303、MV500、GY-420、JH305 等復(fù)合而成。
[0010]所述的催化劑是由環(huán)保型有機(jī)鉍BiCAT8118 (Μ)、BiCAT8108 (Μ)、BiCAT8106 (Μ)和反應(yīng)型Ν，Ν-雙(3-二甲氨基丙基)-Ν-二異丙醇胺、ALLChem325按照1: 0.1?2的質(zhì)量比復(fù)合而成的。
[0011]所述的阻燃劑是由四溴鄰苯二甲酸二乙二醇丙二醇二酯TBPAD0、N，N雙(2-羥乙基)氨甲基膦酸二乙酯BHAPE、鹵代聚醚多元醇Ixol M125、Ixol B251、磷酸酯二醇0P550、0P560和鹵代磷酸酯FR-780、FR-300等不少于一種復(fù)合而成。
[0012]抗靜電劑是陽(yáng)離子型抗靜電劑，優(yōu)選長(zhǎng)鏈烷基季銨鹽類(lèi)抗靜電劑。BNK ES81、EA-87、十八烷基二甲基羥乙基季銨硝酸鹽SN等不少于一種復(fù)合而成。
[0013]本發(fā)明煤礦加固煤巖體用聚氨酯加固材料的使用方法是，用泵將A組分和B組分按照1: 1的體積比混合壓注入煤(巖)層，滲透到細(xì)小裂縫膨脹，同時(shí)反應(yīng)產(chǎn)生C02氣體進(jìn)一步膨脹，從而有效地加固和密封處理區(qū)域。
[0014]所述的泵可以采用氣動(dòng)型雙液注漿泵。
[0015]本發(fā)明所述的煤礦加固煤巖體用聚氨酯加固材料的優(yōu)點(diǎn)如下方面:
1、本發(fā)明材料用于煤礦安全生產(chǎn)，為礦井安全和高效生產(chǎn)提供了保障；
2、本發(fā)明材料黏度低(100~200mPa.s)，可灌性和滲透性優(yōu)，能夠滲透進(jìn)入煤(巖)體的細(xì)小縫隙；
3、本發(fā)明材料的為100%樹(shù)脂含量，無(wú)揮發(fā)性有機(jī)成份(V0C)，對(duì)于地下工程應(yīng)用安全可靠，生產(chǎn)過(guò)程及產(chǎn)品組分及聚合物無(wú)毒，對(duì)人體無(wú)害，無(wú)污染，符合環(huán)保要求，材料阻燃、抗靜電性優(yōu)良，滿足煤礦加固煤巖體用高分子材料AQ1089-2011技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)；
4、本發(fā)明材料實(shí)現(xiàn)了常溫固化，固化時(shí)間可調(diào)，同等膨脹率條件下聚合物的抗壓強(qiáng)度在80MPa以上；
5、本發(fā)明材料施工性強(qiáng)，發(fā)泡倍數(shù)可調(diào)整，可以是不發(fā)泡的硬質(zhì)樹(shù)脂，也可以調(diào)節(jié)到2~3倍發(fā)泡倍數(shù)，漿液粘結(jié)性能優(yōu)，結(jié)石率高，不龜裂，適應(yīng)加固后煤(巖)體的變形，具有一定的柔韌性，抗拉強(qiáng)度在30MPa以上；
6、使用本發(fā)明材料施工時(shí)，實(shí)現(xiàn)雙組分灌漿技術(shù)，兩組分單獨(dú)按固定配比進(jìn)料、混合和輸出，根據(jù)工程條件可控灌漿，對(duì)凝結(jié)時(shí)間和反應(yīng)特性可調(diào)節(jié)，現(xiàn)場(chǎng)注漿量可控，節(jié)約用料，計(jì)量準(zhǔn)確，配套技術(shù)先進(jìn)成熟，施工操作簡(jiǎn)便易行。
【具體實(shí)施方式】
[0016]實(shí)施例1。
[0017]取MV-500聚醚多元30Kg、GY-420聚醚多元醇40Kg、JH-303聚醚多元醇30Kg、磷酸酯二醇0P560 6Kg、四溴鄰苯二甲酸二乙二醇丙二醇二酯TBPADO 10Kg、N，N雙(2-羥乙基)氨甲基膦酸二乙酯BHAPE 10Kg依次加入反應(yīng)釜內(nèi)，在負(fù)壓0.1MPa，溫度30?50°C條件下為抽真空除水0.5?1小時(shí)后接著再依次加入環(huán)保型有機(jī)鉍BiCAT8118(M)0.2Kg、N，N-雙(3-二甲氨基丙基)-N-二異丙醇胺0.lKg、十八烷基二甲基羥乙基季銨硝酸鹽SN0.5Kg、EA-87 0.2Kg，常溫常壓下攪拌反應(yīng)0.5?1小時(shí)，并混合均勻，得到A組分材料。
[0018]B組分選用陶氏化學(xué)生產(chǎn)的多亞甲基多苯基異氰酸酯商品名PAPI 27，為含有一定量較高官能度的異氰酸酯與二苯基甲烷二異氰酸酯的混合物，NCO (wt %)31.4。
[0019]將A組分與B組分經(jīng)氣動(dòng)雙液注漿泵按照1: 1的體積比高速混合得到固結(jié)體，檢測(cè)其性能，發(fā)泡倍數(shù)1.1倍，抗壓強(qiáng)度85MPa，抗拉強(qiáng)度32MPa，粘結(jié)強(qiáng)度3.3MPa，阻燃性能:酒精噴燈法有焰燃燒時(shí)間為1.31s、無(wú)焰燃燒時(shí)間為0.47s、火焰擴(kuò)展長(zhǎng)度78_ ;酒精燈法有焰燃燒時(shí)間為1.29s、無(wú)焰燃燒時(shí)間為0.34s、火焰擴(kuò)展長(zhǎng)度67_，最高反應(yīng)溫度117 °C，符合AQ1089-2011技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。
[0020]實(shí)施例2。
[0021]取DL-400聚醚多元30Kg、GY-420聚醚多元醇50Kg、JH_305聚醚多元醇20Kg、磷酸酯二醇0P550 6Kg、鹵代聚醚多元醇Ixol M125 10Kg、氯代磷酸酯FR-300 10Kg依次加入反應(yīng)釜內(nèi)，在負(fù)壓0.1MPa，溫度30?50°C條件下抽真空除水0.5?1小時(shí)后接著再依次加入環(huán)保型有機(jī)鉍BiCAT8108(M)0.15Kg、Ν, Ν-雙(3- 二甲氨基丙基)_Ν_ 二異丙醇胺
0.lKg、十八烷基二甲基羥乙基季銨硝酸鹽SN 0.5Kg、BNK ES81 0.2Kg，常溫常壓下攪拌反應(yīng)0.5?1小時(shí)，并混合均勻，得到A組分材料。
[0022]B組分選用煙臺(tái)萬(wàn)華聚氨酯股份有限公司生產(chǎn)的多亞甲基多苯基異氰酸酯，商品名稱PM-200，為含有一定量較高官能度的異氰酸酯與二苯基甲烷二異氰酸酯的混合物