本发明涉及一种矿用喷涂堵漏风材料及制备装置。
背景技术：
煤炭自燃是我国煤矿的主要自然灾害之一，造成重大的经济损失，严重威胁着煤矿人员的安全。矿井煤炭自燃主要是由于井下漏风造成的。因此，为了高效防治矿井煤炭自燃，对井下漏风点进行封堵，减少或者杜绝氧气供给，阻止煤氧复合十分关键。矿井开采中煤的自燃主要发生在存在漏风通道的采空区、开切眼、停采线、地质构造带、巷道高冒区等地点。为了有效封堵煤矿井下漏风，国内常采用灌浆、凝胶、泡沫树脂、三相泡沫、膨胀水泥等。但这些方法都存在一些不足，黄泥灌浆技术需消耗大量土壤，一些缺土的地区无法使用且浆液容易向下渗流，不能封堵裂隙；铵盐凝胶释放有毒有害气体，胶体容易龟裂；高分子凝胶成本高，水分蒸发后堵漏风效果消失；三相泡沫没有强度，稳定时间只有8～12个小时，未实现固化，一旦泡沫破灭后起不到堵漏风的效果；泡沫树脂成本高且对环境温度要求高，高温条件下可燃烧；膨胀水泥密封效果差，不能封堵细小裂隙。
因此现有技术中还没有性能优异、稳定的专门堵漏风材料。
技术实现要素：
本发明所解决的技术问题是提供一种无机原料配方为基础的，使用方便、力学性能可靠的矿用喷涂堵漏风材料。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种矿用喷涂堵漏风材料，重量组成为水100份、粉煤灰13～25份、石膏6～8份、水泥20～26份、熟石灰8～12份、脂肪醇聚氧乙烯醚0.5～0.8份、羟乙基甲基纤维素0.4～0.8份、十二烷基硫酸钠1～2份、脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠1～1.2份、多聚磷酸1.8～2.5份、粘度为600～800mpas的羟丙基淀粉醚1.6～2份、醋酸乙烯-乙烯共聚物类型的可再分散乳胶粉0.8～1.2份。
制备步骤是：
1）：在主搅拌罐中加入水、粉煤灰、脂肪醇聚氧乙烯醚、羟乙基甲基纤维素、石膏、水泥、熟石灰，搅拌器均匀形成粉煤灰浆液；
2）：在搅拌桶中加少量水和多聚磷酸、羟丙基淀粉醚、可再分散乳胶粉搅拌均匀形成混合胶黏液；
3）：在配料缸中将十二烷基硫酸钠、脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠溶于适量水中搅拌溶解形成溶液；
4）：将上述溶液和混合胶黏液混入主搅拌罐的粉煤灰浆液，搅拌器以100±20转/分钟转速转动，搅拌时间为3～6min，然后封装到喷涂罐中，制备成矿用喷涂堵漏风材料。
相应的，本发明堵风材料的制备装置，包括主搅拌罐，主搅拌罐内设置搅拌器，主搅拌罐顶部设置可封闭的加料门和安装架，安装架用于安装搅拌器的电机；所述的装置包括搅拌桶和配料缸，所述搅拌桶和配料缸位于主搅拌罐上方并通过管道和阀门与主搅拌罐连接；所述搅拌桶内设置搅拌桨，搅拌桨由电机驱动。
优选的，所述主搅拌罐通过管道连接真空泵。
本发明的有益效果：本发明采用脂肪醇聚氧乙烯醚、羟乙基甲基纤维素作为表面活性剂能够使得粉煤灰浆液固相颗粒均匀分散，有助于体系稳定，且有助于泡沫流体在细小裂隙中渗流。十二烷基硫酸钠和脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠为主，脂肪醇聚氧乙烯醚、羟乙基甲基纤维素协同作用的有机表面活性剂体系可以提供优越的气泡性能，当体系物料通过喷头喷出过程中以及与矿井岩壁撞击接触的短暂过程与空气接触的时候即可产生充足的气泡。而加工过程中因为分批次溶解和低速搅拌混合，不会增加气泡。多聚磷酸、羟丙基淀粉醚、可再分散乳胶粉构成的有机胶粘体系能够提供稳定快速的胶粘性能，能够实现渗流分散后在室温条件下20min内快速形成稳定的堵漏屏障。水泥、石膏、熟石灰构成的复合固相体系促进粉煤灰的水化反应，使得固相物质快速固化，泡沫抗压性能优异。
现有技术中因为石膏、水泥、熟石灰用量增大以后发泡效果差或者难以气泡，所以粉煤灰用量较大；但粉煤灰用量直接导致材料的抗压、粘接性能降低本发明通过复合气泡和有机粘合系统的建立，成功地解决了现有技术中这一难题。
本发明总体来说工艺流程简单、气泡性能优异，复合起泡剂降低成本，喷涂过程中与空气接触产生足够气泡，发泡倍数高、抗压强度大、耐高温与隔热性能好。且泡沫流体渗透性能好，凝固快速、时间可通过三种胶粘物料用量适当调整。使用后堵漏风效果显著，阻燃、抗静电。整个价格便宜，成本低；在无法喷涂的情况下也可以通过加强搅拌获得泡沫然后涂覆裂缝或孔洞堵漏，在煤矿及煤田火区地表裂隙封堵方面具有广泛使用价值。
附图说明
图1为本发明的制备装置的结构示意图。
具体实施方式
如图1所示的矿用喷涂堵漏风材料制备专用装置，包括主搅拌罐10，主搅拌罐10内设置搅拌器11，主搅拌罐10底部设置出料口14和阀门，主搅拌罐10顶部设置可封闭的加料门13和安装架，安装架用于安装搅拌器11的电机12；所述的装置包括搅拌桶20和配料缸30，所述搅拌桶20和配料缸30位于主搅拌罐10上方并通过管道和阀门与主搅拌罐10连接；所述搅拌桶20内设置搅拌桨21，搅拌桨21由电机22驱动。所述主搅拌罐10通过管道连接真空泵40。抽真空可以保持真空状态，降低在加入起泡剂后与空气接触产生气泡的量。
下面结合上述专用装置对具体制备过程进行举例说明，以使本领域技术人员更加清楚本发明的实施和效果。
实施例一
按如下重量组成备料：水100份、颗粒的粒径范围为0.5～300μm的粉煤灰25份、石膏6份、42.5r水泥20份、熟石灰12份、脂肪醇聚氧乙烯醚0.5份、羟乙基甲基纤维素0.8份、十二烷基硫酸钠2份、脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠1份、多聚磷酸2.5份、粘度为600～800mpas的羟丙基淀粉醚1.8份、醋酸乙烯-乙烯共聚物类型的可再分散乳胶粉1.2份。
制备步骤是：
1）：在主搅拌罐中加入水80份和全部的粉煤灰、脂肪醇聚氧乙烯醚、羟乙基甲基纤维素、石膏、水泥、熟石灰，搅拌器均匀形成粉煤灰浆液，搅拌转速1000转/min；
2）：在搅拌桶中加水15份和全部多聚磷酸、羟丙基淀粉醚、可再分散乳胶粉搅拌均匀形成混合胶黏液,搅拌转速200转/min；
3）：在配料缸中将十二烷基硫酸钠、脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠溶于5份水中手动搅拌溶解形成溶液；
4）：将上述溶液和混合胶黏液混入主搅拌罐的粉煤灰浆液，搅拌器以100±20转/分钟转速转动，搅拌时间为6min，然后封装到喷涂罐中，制备成矿用喷涂堵漏风材料。
实施例二
按如下重量组成备料：水100份、颗粒的粒径范围为0.5～300μm的粉煤灰15份、石膏6份、42.5r水泥25份、熟石灰10份、脂肪醇聚氧乙烯醚0.8份、羟乙基甲基纤维素0.5份、十二烷基硫酸钠1.2份、脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠1份、多聚磷酸2.5份、粘度为600～800mpas的羟丙基淀粉醚1.6份、醋酸乙烯-乙烯共聚物类型的可再分散乳胶粉1份。
制备步骤是：
1）：在主搅拌罐中加入水80份和全部的粉煤灰、脂肪醇聚氧乙烯醚、羟乙基甲基纤维素、石膏、水泥、熟石灰，搅拌器均匀形成粉煤灰浆液，搅拌转速1000转/min；
2）：在搅拌桶中加水15份和全部多聚磷酸、羟丙基淀粉醚、可再分散乳胶粉搅拌均匀形成混合胶黏液，搅拌转速300转/min；
3）：在配料缸中将十二烷基硫酸钠、脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠溶于5份水中搅拌溶解形成溶液；
4）：将上述溶液和混合胶黏液混入主搅拌罐的粉煤灰浆液，搅拌器以100±20转/分钟转速转动，搅拌时间为5min，然后封装到喷涂罐中，制备成矿用喷涂堵漏风材料。
实施例三
按如下重量组成备料：水100份、颗粒的粒径范围为0.5～300μm的粉煤灰20份、石膏8份、42.5r水泥25份、熟石灰10份、脂肪醇聚氧乙烯醚0.8份、羟乙基甲基纤维素0.7份、十二烷基硫酸钠1.5份、脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠1份、多聚磷酸2份、粘度为600～800mpas的羟丙基淀粉醚1.6份、醋酸乙烯-乙烯共聚物类型的可再分散乳胶粉1.2份。
制备步骤是：
1）：在主搅拌罐中加入水82份和全部的粉煤灰、脂肪醇聚氧乙烯醚、羟乙基甲基纤维素、石膏、水泥、熟石灰，搅拌器均匀形成粉煤灰浆液，搅拌转速1000转/min；
2）：在搅拌桶中加水12份和全部多聚磷酸、羟丙基淀粉醚、可再分散乳胶粉搅拌均匀形成混合胶黏液，搅拌转速400转/min；
3）：在配料缸中将十二烷基硫酸钠、脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠溶于6份水中搅拌溶解形成溶液；
4）：将上述溶液和混合胶黏液混入主搅拌罐的粉煤灰浆液，搅拌器以100±20转/分钟转速转动，搅拌时间为5min，然后封装到喷涂罐中，制备成矿用喷涂堵漏风材料。
实施例四
按如下重量组成备料：水100份、颗粒的粒径范围为0.5～300μm的粉煤灰25份、石膏8份、42.5r水泥20份、熟石灰8份、脂肪醇聚氧乙烯醚0.8份、羟乙基甲基纤维素0.6份、十二烷基硫酸钠1.5份、脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠1份、多聚磷酸2.0份、粘度为600～800mpas的羟丙基淀粉醚1.8份、醋酸乙烯-乙烯共聚物类型的可再分散乳胶粉1份。
制备步骤是：
1）：在主搅拌罐中加入水82份和全部的粉煤灰、脂肪醇聚氧乙烯醚、羟乙基甲基纤维素、石膏、水泥、熟石灰，搅拌器均匀形成粉煤灰浆液，搅拌转速1000转/min；
2）：在搅拌桶中加水12份和全部多聚磷酸、羟丙基淀粉醚、可再分散乳胶粉搅拌均匀形成混合胶黏液，搅拌转速200转/min；
3）：在配料缸中将十二烷基硫酸钠、脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠溶于6份水中搅拌溶解形成溶液；
4）：将上述溶液和混合胶黏液混入主搅拌罐的粉煤灰浆液，搅拌器以100±20转/分钟转速转动，搅拌时间为3min，然后封装到喷涂罐中，制备成矿用喷涂堵漏风材料。
上述四个实施例的材料利用高压泵和喷头分别喷射到300*300*300mm的箱形模具内，喷满后刮平表面，这样获得相同的体积和高度。然后观察和记录硬化时间，并在硬化2小时后拆开模具然后养护5天，在每个充满气泡的泡沫状堵漏风材料顶面放置相同的重压，检测承压能力。观察到方形的堵漏风材料出现肉眼可见破坏或者高度变形大于5mm时记录最大承压能力。四个实施例的检测结果如下表所示：
由上述结构可见，本发明的堵风材料承压能力，也可以近似认为是抗压强度达到，同时四个实施例的拉伸粘结强度达到0.5mp的国家建材行业c1级标准，性能优越。材料干重无机组分达到90%以上，不燃不分解，符合耐火等级a级标准，且无需添加阻燃剂。