一种双骨料复合型高聚物及其注浆方法和应用与流程

本发明涉及煤矿安全材料
技术领域：
，尤其涉及一种双骨料复合型高聚物及其注浆方法和应用。
背景技术：
：近几年来，煤矿注浆用安全材料是一种全新理念的安全高分子聚合物，对防止瓦斯聚集，巷道冒顶、加固、填充孔洞、封闭密闭墙、减少自然、对防水、防火、瓦斯爆炸等安全生产做出重大贡献。随着我国矿井开采深度的增加，在煤矿巷道开挖和修复过程中，由于巷道围岩极其容易破碎，且松动破碎范围大，极易发生冒顶和片帮事故，既造成施工的不安全，又造成巷道断面不规整，影响矿井安全。化学注浆加固及充填是目前防治上述煤矿事故的有效措施，虽然化学注浆在煤矿中破碎煤岩体效果显著，但是在注浆过程中还存在很多问题，例如注浆材料强度低、反应温度高等问题，这些问题急需解决，以便更好地应用于煤矿灾害防治中。目前解决材料强度低的问题主要通过减少材料发泡倍数来解决，但是这样会大大增加使用成本，同时会增加反应温度，因此寻找一种新的方法，在增加强度的同时又可以降低反应温度将可以解决这一问题。技术实现要素：针对上述煤矿注浆过程中经常出现力学方面的问题，本发明提供一种双骨料复合型高聚物及其注浆方法和应用。为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：一种双骨料复合型高聚物，包括以下质量组份的原料：聚醚多元醇20-100份，聚合mdi20-100份，分散剂5-10份，催化剂5-10份，扩链剂5-10份，阻燃剂3-10份，粗骨料7-40份和细骨料7-40份。进一步地，所述聚醚多元醇为聚醚a和聚醚b按照3:2的体积比比进行混合的双组分聚醚多元醇，其中，聚醚a的官能度为5，相对分子量为2000，聚醚b的官能度为6，相对分子量为1000，更为优选的，采用聚氧化丙烯多元醇和聚四氢呋喃醚多元醇。进一步地，所述聚合mdi中的异氰酸根含量为30.5％～32％。进一步地，所述分散剂选自硬脂酸钡、脂酸锌、硬脂酸钙、硬脂酸镉、硬脂酸镁和硬脂酸铜的一种或几种。进一步地，所述催化剂为辛酸亚锡，所述扩链剂为二甲硫基甲苯二胺，所述阻燃剂为磷酸三苯酯。进一步地，所述粗骨料选自卵石、碎石和粗废渣的一种或者几种，其粒径分布为6～10mm；所述细骨料选自石粉、硅粉、粉煤灰和细砂的一种或几种，其粒径分布为1～5mm。进一步地，粗骨料、细骨料的含量和占总量的30％～50％。一种双骨料复合型高聚物的注浆方法，步骤如下：(1)根据煤矿安全材料的要求选取两种骨料的种类，并且确定两种骨料的粒径，测定粗骨料与细骨料的堆积密度和颗粒表观密度；(2)对经过筛选的粗骨料和细骨料分别用改性剂进行改性处理，用改性剂处理后，将聚醚a与改性后的粗骨料进行混合，搅拌3min，加入5-10份的分散剂进行分散处理，并依次加入1-3份扩链剂，2-4份阻燃剂和1份催化剂，采用强制搅拌机搅拌3min，该混合物记为组分a；(3)将一定量改性后的细骨料加入聚醚b中进行混合，混合搅拌0.5min搅拌均匀，再向其中依次加入1-3份扩链剂、2-4份阻燃剂和1份催化剂，采用强制搅拌机搅拌3min，该混合物记为组分b；(4)称取一定量的聚合mdi，记为组分c；(5)将配好的a，b，c三种组分进行三液混合注浆。进一步地，所述改性剂采用1:1体积比的硅烷偶联剂和钛酸酯偶联剂，混合后加入到30％的乙醇水溶液中，充分混合后的液体作为改性剂。一种双骨料复合型高聚物在煤矿煤层充填、加固及堵漏方面的应用，主要用于煤层地质加固，煤矿采空区、高冒区的充填及堵漏风方面；且在应用于煤矿井下充填和堵漏时，填入高聚物中的粗骨料与细骨料含量的体积比为5:1；应用于煤矿岩体加固时，填入高聚物中的粗骨料与细骨料含量体积比为1:5。本发明的有益效果是，1、双骨料之间有着良好的颗粒级配，使得孔隙率减小，颗粒总比表面积较小，以减少高聚物的用量，从而达到相同的力学性能充填加固体积的同时，有效减少使用成本；2、分散剂能很好的将粗骨料分布在高聚物的外侧提供骨料框架，细骨料同时均匀分散在高聚物内侧空隙里进行增压，“一内一外”大大增加了强度，提高了力学性能；3、由于骨料是惰性材料，既保证了高聚物硬化和后期复合材料性能不受影响，而且价格低廉，易得易加工；4、大量骨料的存在使得高聚物在发生聚合作用的时候，细骨料能够快速吸收一部分热量从而降低前期反应温度，粗骨料能够继续不断吸收后期反应热，从而使整体反应温度维持在一个较恒定和安全的范围内；5、粗骨料填充在较大孔隙内，达到总体加固充填的目的，细骨料进入微小裂隙内，起到对微小裂隙的充填作用；6、由于大量粗细骨料均匀分散在高聚体内，特别是细骨料分布在高聚物内能够有效增强的抗静电性和阻燃性。本发明从提高材料强度、增强材料阻燃性能以及降低材料成本三个方面作为切入点，研制出一种“外在提供框架，内在提供强度”的并能用于煤矿煤层充填、加固及堵漏风的双骨料复合型高聚物，制造成本低，注浆使用后能有效降低煤矿井下事故发生的概率。附图说明图1为本发明的制备工艺流程图；图2为本发明用于煤层加固时内部粗细骨料分布图；图3为本发明用于煤层堵漏风时内部粗细骨料分布图；图4为本发明用于煤矿顶板充填内部粗细骨料分布图。其中，1、容器ⅰ；2、容器ⅱ；3、容器ⅲ；4、混合搅拌室ⅰ；5、混合搅拌室ⅱ；6、注浆泵；7、喷枪；8、三液混合器；14、粗骨料；15、细骨料；16、封孔器；17、浆料输送管；18、挡板；19、隔墙；20、顶板。具体实施方式实施例1一种煤层加固用双骨料复合型高聚物的注浆方法，如图1所示，步骤如下：(1)选取7份粒径为6mm的卵石，35份粒径为2mm的石粉，测定卵石和石粉的堆积密度和表观密度。(2)对经过筛选的粗骨料14和细骨料15分别用改性剂进行改性处理，用改性剂处理，将容器ⅰ1中的30份聚氧化丙烯多元醇通过气动提料泵输送至混合搅拌室ⅰ4与7份改性后的卵石进行混合搅拌3min，加入5份硬脂酸钡进行分散处理，直至在外层分布均匀即可，接着依次加入3份二甲硫基甲苯二胺，3份磷酸三苯酯以及3份辛酸亚锡，在混合搅拌室ⅰ4中搅拌3min后输送至注浆泵6，混合物记为组分a；(3)将容器ⅲ3中的20份聚四氢呋喃醚多元醇通过气动提料泵输送至混合搅拌室ⅱ5，将35份改性后的石粉加入混合搅拌室ⅱ5并搅拌均匀，再向其中加入3份二甲硫基甲苯二胺、3份磷酸三苯酯和3份辛酸亚锡，在混合搅拌室ⅱ5中混合搅拌3min后输送至注浆泵6，混合物记为组分b；(4)将容器ⅱ2中的40份聚合mdi输送至注浆泵6，记为组分c；(5)将注浆泵6里配好的a，b，c三种组分在三液混合器8中混合，经喷枪7喷出后再经浆料输送管17阶段性的注入裂隙煤层，并在边缘处堵上封孔器16，粗骨料14分布在外层，细骨料15分布在内层，待浆料固化后即可完成煤层加固操作，该双骨料复合型高聚物用于煤层加固时内部粗细骨料15分布图如图2所示。经过3天后，取部分样品检测各项性能指标，本实例制备得到的双骨料复合型高聚物材料的性能如表一所示：表一：双骨料复合型高聚物材料的性能性能指标固化时间(s)35当天抗压强度(mpa)403天后抗压强度(mpa)42阻燃性能离火自熄实例2一种煤层堵漏风用双骨料复合型高聚物的注浆方法，如图1所示，步骤如下：(1)选取35份粒径为7mm的碎石，7份粒径为3mm的硅粉，测定碎石和硅粉的堆积密度和表观密度。(2)对经过筛选的粗骨料14和细骨料15分别用改性剂进行改性处理，用改性剂处理后，将容器ⅰ1中的18份聚氧化丙烯多元醇通过气动提料泵输送至混合搅拌室ⅰ4与35份改性后的碎石进行混合搅拌3min，加入5份硬脂酸钡进行分散处理，直至外层分布均匀即可，依次加入3份二甲硫基甲苯二胺，3份磷酸三苯酯以及3份辛酸亚锡，在混合搅拌室ⅰ4中搅拌3min后输送至注浆泵6，混合物记为组分a；(3)将容器ⅲ3中的12份聚四氢呋喃醚多元醇通过气动提料泵输送至混合搅拌室ⅱ5，将7份改性后的硅粉加入混合搅拌室ⅱ5，并搅拌均匀，再向其中加入3份二甲硫基甲苯二胺、3份磷酸三苯酯和3份辛酸亚锡，在混合搅拌室ⅱ5中混合搅拌3min后输送至注浆泵6，混合物记为组分b；(4)将容器ⅱ2中的24份聚合mdi输送至注浆泵6，记为组分c；(5)将注浆泵6中配好的a，b，c三种组分在三液混合器8中混合，经喷枪7喷出后再经浆料输送管17阶段性的注入隔墙19旁边的注浆区域，并在其另一侧设立挡板18，粗骨料14分布在外层，细骨料15分布在内层，待浆料固化后即可完成堵漏风过程，该双骨料复合型高聚物用于堵漏风时内部粗细骨料15分布图如图3所示。经过3天后，取部分样品检测各项性能指标，本实施例制得的双骨料复合型高聚物材料的性能如表二所示：表二：双骨料复合型高聚物材料的性能性能指标固化时间(s)40当天抗压强度(mpa)263天后抗压强度(mpa)33阻燃性能离火自熄实施例3一种煤矿顶板充填用双骨料复合型高聚物的注浆方法，如图1所示，步骤如下：(1)选取40份粒径为8mm的粗废渣，8份粒径为4mm的粉煤灰，测定粗废渣和粉煤灰的堆积密度和表观密度。(2)对经过筛选的粗骨料14和细骨料15分别用改性剂进行改性处理，用改性剂处理后，将容器ⅰ1中的45份聚氧化丙烯多元醇通过气动提料泵输送至混合搅拌室ⅰ4与40份改性后的粗废渣进行混合搅拌0.5min，加入5份硬脂酸钡进行分散处理，直至在外层分布均匀即可，接着依次加入4份二甲硫基甲苯二胺，4份磷酸三苯酯以及4份辛酸亚锡，在混合搅拌室ⅰ4中搅拌3min后输送至注浆泵6，混合物记为组分a；(3)将容器ⅲ3中的30份聚四氢呋喃醚多元醇中通过气动提料泵输送至混合搅拌室ⅱ5，将8份改性后的粉煤灰加入至混合搅拌均匀，再向其中加入4份二甲硫基甲苯二胺、4份磷酸三苯酯和4份辛酸亚锡，在混合搅拌室ⅱ5中混合搅拌3min后输送至注浆泵6，混合物记为组分b；(4))将容器ⅱ2中的60份聚合mdi输送至注浆泵6，记为组分c；(5)将注浆泵6中里配好的a，b，c三种组分在三液混合器8中混合，经喷枪7喷出后再经浆料输送管17阶段性的注入顶板20煤层的空洞，并在空洞的下方设置用于支撑填充浆料的顶板20，粗骨料14分布在外层，细骨料15分布在内层，待浆料固化后即可完成顶板20充填过程，该双骨料复合型高聚物用于顶板20充填内部粗细骨料15分布图如图4所示。经过3天后，取部分样品检测各项性能指标，本实施例制得的双骨料复合型高聚物材料的性能如表三所示：表三：双骨料复合型高聚物材料的性能性能指标固化时间(s)36当天抗压强度(mpa)413天后抗压强度(mpa)45阻燃性能离火自熄当然，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本
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的技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。当前第1页12