专利名称：煤矿井下巷道用干混喷浆材料及制备方法
技术领域：
煤矿井下巷道用干混喷浆材料及制备方法，本发明涉及一种煤矿井下巷道施工用喷浆材料及该材料的制备技术领域。
背景技术：
中国近30年的经济发展取得世界瞩目的成就，但同时高速发展的经济对能源的需求也越来越大。目前国内石油不能满足经济发展需要，加大对国内储量丰富的煤炭资源的开发是目前我国的一项战略国策。
长期以来，在煤炭资源开采过程中，安全生产设施和工人劳动环境改善措施的投入比重很小。其中井下粉尘污染严重，井下粉尘主要来自开采现场的煤尘和用于井下巷道支护的水泥砂浆粉尘。据有关资料，全世界的尘肺病患者，中国就占了将近1/2，而中国的尘肺病患者，煤矿工人又占其中一半。我国煤矿企业职工每年死于尘肺病的患者，是矿难和其他工伤事故的3倍还多。因此治理井下粉尘污染，保障采煤工人的身体健康是目前安全产煤的重要事宜。此外，由于井下巷道支护砂浆和混凝土质量不稳定而造成的我国矿井巷道内岩石掉落、局部塌方、巷道透水和瓦斯事故频频发生，给安全采煤和保障国民经济高速发展能源用煤带来极大的阻碍，成为国家亟需解决的重大事情。
煤矿井下巷道是采煤和运煤的必经之道，为保证巷道畅通和采煤工人的安全生产，必须对巷道进行支护，一般是采用水泥砂浆或者混凝土对巷道岩石表面进行喷浆，水泥砂浆固化后，起到防止岩石塌落，以及防止地下水渗漏入巷道，和阻止瓦斯泄漏，美化巷道等作用。性能优良的井下巷道支护喷浆材料对于井下采煤安全生产具有重要意义。
国内目前的煤矿井下巷道喷浆材料是将水泥、沙、石子等运入矿井下，现场干混搅拌，然后用喷浆机，采用风力输送方式，在喷浆机的枪口处，与水混合，喷射到开采后的层面岩层上，水泥材料固化后，起到封闭支护的作用。
目前我国煤炭企业的开采巷道全部使用现场搅拌水泥喷浆材料的工艺技术。这种现场干法搅拌方式有以下缺点
1、在井下开采现场，干法搅拌水泥砂石，水泥砂石等粉尘的污染大，对现场工人的身体危害大，严重污染井下环境；2、现场搅拌，搅拌机产生的噪音大，对操作人员的听力危害大；3、现场搅拌，操作人员不容易严格控制水泥砂石子等的配比，对喷浆材料的质量控制不严格，容易造成质量事故的隐患；另外喷浆材料的粘附性差，喷射到岩面后容易产生落地料，造成大量浪费，一般回弹落地料超过30％；喷浆材料的性能单一，无法做到使喷浆材料具有高粘附性、防水性、防开裂、加固支撑性与一体；4、现场搅拌，需要占用井下宝贵的巷道场所，比如堆放水泥，砂石等，影响巷道断面和运输间隙，影响采煤主业的施工速度，容易堵塞巷道造成事故隐患；5、喷浆的厚度要求厚，一般在10-20厘米厚，喷上去粘结性差，回弹大，落地料多，造成喷浆材料浪费严重，同时砂浆凝结慢，支护作用发挥慢。
6、喷浆材料固化后，由于配料单一，成分中刚性组分居多，材料刚性脆性大，柔性不足，随着井下巷道的地质运动或者再次开采中的放炮等震动，极容易造成传统喷浆材料的开裂脱落，继而可能造成进一步的渗漏水、瓦斯溢出、支护砂浆坍塌等隐患，不能真正起到其应有的防护作用。
发明内容
本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种无须在施工现场混合搅拌、无任何粉尘和环境污染、保障施工人员身心健康、实现文明施工的适于煤矿井下巷道用的低粉尘、高粘性，克服现有传统喷浆材料粘结性差、回弹大、落地料多、易开裂、不具备防渗漏水和防瓦斯泄漏等功能的干混喷浆材料以及干混喷浆材料的制备方法。填补现有技术的一项空白。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是煤矿井下巷道用干混喷浆材料，包括水泥、石英砂或石粉、碳酸钙、纤维素醚、聚丙烯纤维，其特征在于(重量份数)为水泥100份石英砂或石粉150～300份重质碳酸钙 0～50份羟丙基甲基纤维素醚(HPMC)0.2～0.3份聚合物干乳 10～20份聚丙烯纤维0.1～0.2份氟硅酸锌 5～10份减水剂0.5～0.7份早强剂0.2～0.3份聚合物干乳为醋酸乙烯酯与叔碳酸乙烯酯或乙烯或丙烯酸酯等的二元或三元共聚物。
减水剂为聚萘磺酸甲醛缩合物减水剂。
聚丙烯纤维为0.5～1.0mm单丝。
早强剂为聚羧酸系早强剂。
石英砂细度0.1～0.5mm，含泥1％以下。
石粉细度0.1～4.0mm，含泥量1％以下，干混喷浆材料的制备方法是将上述干混喷浆材料，精确称量后，在双螺杆式高效搅拌机中充分搅拌20分钟，混合均匀后，定额包装成袋。为了方便搬运定额包装(25公斤/袋)成袋即可。可使用内衬塑的牛皮纸袋或者塑编袋包装。
与现有技术相比，本发明的有益效果本发明的干混喷浆中不含易挥发的有毒成份，具有轻质、高强、高粘结力、阻燃、不空鼓、防开裂、防水、防震、防瓦斯泄漏、和易性好、施工方便等特点。本发明的配料采取袋装，即开即用，在密闭容器中湿法搅拌，不产生粉尘污染，对操作人员不产生危害。
同时由于干混喷浆材料的配方中新掺加组分赋予了喷浆材料能够具有下列新的功能1、喷浆材料的粘聚性在干混喷浆材料中添加水泥高效减水剂，起到减少用水量，防止水泥开裂，提高抗压强度的作用，同时添加了高分子聚丙烯纤维等物质，提高了喷浆材料的粘聚性，使喷浆材料自身以及与岩层表面的粘结变牢固，不易离散，便于喷射施工。
2、防瓦斯防水性在配方中将防水材料引入干混喷浆材料，使喷浆材料具有一定防水性能。在干混配方中选用聚合物干乳(粉末状)。该聚合物干乳可在水泥水化时，在水泥中形成高分子膜状物，起到防止水泥水化物开裂和渗水的作用，使喷浆支护材料不仅起到支撑作用，而且起到防水保护以及防止瓦斯泄露等作用，这对开采现场的环境改善以及整个煤矿巷道内的防水防瓦斯安全有重要作用和意义。
3、强粘附性在干混喷浆材料内掺加的聚合物添加剂干乳是一种多极性有机材料，其分子链上带有大量极性官能团基团，这些极性基团对岩层表面具有极强的粘附力，其粘附强度远远大于水泥这种无机胶凝材料，因此在水泥中添加该高分子聚合物添加剂可使传统无机水泥喷浆材料的粘附强度得到提高，喷浆材料与岩层结合的牢，对岩层的支护和保护作用就发挥的大，其意义十分重要。
4、弹性喷浆材料传统无机水泥喷浆材料，完全是无机物，硬化后无弹性，与岩层表面硬硬结合，在岩层随地壳运动或者采煤放炮产生震动时，喷浆材料会随之开裂，坍塌，丧失支护和保护作用；在该新型干混配方中，高分子聚合物添加剂的加入，使传统无机水泥喷浆材料改变了过去的质硬状态，变得具有一定弹性，该弹性喷浆支护材料可随岩层地质的变化而变化，始终保持和岩层表面的结合，始终起到支护和保护作用。
5、适合薄层施工传统喷浆材料配方单一，与岩石的粘附性差，所以需要喷涂的厚度加大，方可有效粘结在岩石面上，但本新型干混喷浆材料由于内含大量活性和强极性基团的有机高分子物质，使砂浆的粘附性大大提高，因此，即使仅喷涂到传统喷浆材料的一半厚度(一般5-8厘米厚)，也可以有效粘结在岩石面上，因此，新型干混喷浆材料还适合薄层施工方式，既可节约材料用量，节约人力物力；又可降低单位体积内的新材料造成的成本升高带来的不利影响。
6、渗透结晶物质在干混喷浆材料中，加入活性物质--氟硅酸锌，该活性物质在水泥水化时可和水泥的水化物进行反应，生成一种纳米级的结晶物质，这个结晶物质可延岩石缝隙及微小裂纹渗透进去，进一步膨胀，起到填充堵塞岩石空隙，防止岩石裂隙进一步扩大，继而容易造成塌方的危险。这种活性物质需要在有水的环境下反应，因此，当岩石裂纹内有水时，活性物质可和水反应，消耗掉水，还起到防水和防瓦斯的作用。
7、喷浆材料的环保性由于配方选用不含甲醛，有机溶剂，苯，二甲苯等有毒有害物质以及任何放射性物质，因此，本喷浆材料在现场使用时不会对环境和操作人员产生污染和毒害。
本发明的低粉尘高粘型干混喷浆材料，经性能检测，各项指标均已达到国家相关标准，结果如表1所示表1.低粉尘高粘型干混喷浆性能
本发明的低粉尘高粘型干混砂浆出厂时就已混合均匀，并定额包装成袋，无需与其他材料配合，运输到地下开采现场后，开袋投入密封喷浆机内，与水混合即可用于巷道喷射。
由于本发明中各组分配比合理，功能齐全，是一种低粉尘高粘度、无毒无污染的环保型喷浆材料。
具体实施例方式
实施例1将100份水泥，150份石英砂，50份重质碳酸钙，0.3份HPMC，20份醋酸乙烯酯与乙烯共聚物干乳，0.2份聚丙稀纤维，10份氟硅酸锌，0.7份萘系减水剂，0.3份聚羧酸型早强剂在双螺杆式高效搅拌机中充分搅拌20分钟，混合搅拌均匀，再加入适量水，混合均匀即可。
实施例2
将100份水泥，200份石英砂，40份重质碳酸钙，0.2份HPMC，15份醋酸乙烯酯与丙烯酸酯共聚物干乳，0.2份聚丙稀纤维，10份氟硅酸锌，0.6份萘系减水剂，0.3份聚羧酸早强剂在双螺杆式高效搅拌机中充分搅拌20分钟，混合搅拌均匀，再加入适量水，混合均匀即可。
实施例3将100份水泥，250份石英砂，30份重质碳酸钙，0.2份HPMC，18份醋酸乙烯酯与叔碳酸乙烯酯共聚物干乳，0.2份聚丙稀纤维，7份氟硅酸锌，0.6份萘系减水剂，0.3份聚羧酸早强剂在双螺杆式高效搅拌机中充分搅拌20分钟，混合搅拌均匀，再加入适量水，混合均匀即可。
实施例4将100份水泥，200份石粉，20份重质碳酸钙，0.2份HPMC，10份醋酸乙烯酯与甲基丙烯酸酯共聚物干乳，0.2份聚丙稀纤维，6份氟硅酸锌，0.5份萘系减水剂，0.3份聚羧酸早强剂在双螺杆式高效搅拌机中充分搅拌20分钟，混合搅拌均匀，再加入适量水，混合均匀即可。
实施例5将100份水泥，300份石粉，10份重质碳酸钙，0.2份HPMC，20份醋酸乙烯酯与丙烯酸酯共聚物干乳，0.2份聚丙稀纤维，8份氟硅酸锌，0.5份萘系减水剂，0.2份聚羧酸早强剂在双螺杆式高效搅拌机中充分搅拌20分钟，混合搅拌均匀，再加入适量水，混合均匀即可。
上述实施例1-5中的水泥是指普通硅酸盐42.5R型号的水泥；石英砂细度0.1～0.5mm，含泥1％以下；石粉细度0.1～4.0mm，含泥量1％以下；混合搅拌均匀后的干混喷浆材料，定额包装(25公斤/袋)成袋即可。可使用内衬塑的牛皮纸袋或者塑编袋包装。
对上述制得干混喷浆材料进行性能测试，结果数据如表2所示。
表2实施例干混喷浆材料性能测试结果
该新型煤矿井下巷道用干混喷浆材料使用时，可根据井下巷道的采掘进度，预先运输一定量的袋装干混喷浆材料到指定地点预存放。喷浆机采用新型螺杆式湿法喷浆机械，该螺杆式喷浆机采用先将干混砂浆与水按照一定比例混合，成为湿砂浆，然后湿砂浆进入下层的螺杆推进器中，经螺杆推进，进入喷浆管道，可有效输送40米远的距离，喷浆管道的出口是喷枪，喷枪出口处与风管连接，采用风力将湿砂浆喷射到岩岩面封闭支护。
由于采用这种湿混方式和湿喷工艺，现场的搅拌过程不产生粉尘污染，不会对操作人员带来危害，施工环境安全文明。
权利要求
1.煤矿井下巷道用干混喷浆材料，包括水泥、石英砂或石粉、碳酸钙、纤维素醚、聚丙烯纤维，其特征在于(重量份数)为水泥 100份石英砂或石粉 150～300份重质碳酸钙 0～50份羟丙基甲基纤维素醚(HPMC) 0.2～0.3份聚合物干乳 10～20份聚丙烯纤维 0.1～0.2份氟硅酸锌 5～10份减水剂 0.5～0.7份早强剂 0.2～0.3份。
2.根据权利要求1所述的喷浆材料，其特征在于所述的聚合物干乳为醋酸乙烯酯与叔碳酸乙烯酯或乙烯或丙烯酸酯等的二元或三元共聚物。
3.根据权利要求1所述的喷浆材料，其特征在于所述的减水剂为聚萘磺酸甲醛缩合物减水剂。
4.根据权利要求1所述的喷浆材料，其特征在于所述的聚丙烯纤维为0.5～1.0mm单丝。
5.根据权利要求1所述的喷浆材料，其特征在于所述的早强剂为聚羧酸系早强剂。
6.根据权利要求1所述的喷浆材料，其特征在于所述的石英砂细度0.1～0.5mm，含泥1％以下。
7.根据权利要求1所述的喷浆材料，其特征在于所述的石粉细度0.1～4.0mm，含泥量1％以下。
8.根据权利要求1所述的煤矿井下巷道用干混喷浆材料的制备方法，其特征在于将上述干混喷浆材料，精确称量后，在双螺杆式高效搅拌机中充分搅拌20分钟，混合均匀后，定额包装成袋。
全文摘要
煤矿井下巷道用干混喷浆材料，属于煤矿井下巷道施工用喷浆材料及制备技术领域。包括水泥、石英砂或石粉、碳酸钙、纤维素、纤维，其特征在于(重量份数)为水泥100份、石英砂或石粉150～300份、重质碳酸钙0～50份、羟丙基甲基纤维素(HPMC)0.2～0.3份、聚合物干乳10～20份、聚丙烯纤维0.1～0.2份、氟硅酸锌5～10份、减水剂0.5～0.7份、早强剂0.2～0.3份；制备方法是将上述干混喷浆材料，精确称量后，在双螺杆式高效搅拌机中充分搅拌20分钟，混合均匀后，定额包装成袋即可。产品具有轻质、高强、高粘结力、阻燃、不空鼓、防开裂、防水、防震、防瓦斯泄漏、和易性好、施工方便；制备方法简单等优点。
文档编号B28C5/40GK101092047SQ20061004492
公开日2007年12月26日 申请日期2006年6月19日 优先权日2006年6月19日
发明者寿崇琦, 刘峰, 董凤波, 马永亮, 宋南京, 康杰分, 徐君 申请人:淄博矿业集团有限责任公司, 济南大学