一种用于煤矿井巷动水流砂层段快速固结注浆材料及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及聚合物材料领域，具体地，涉及一种用于煤矿井巷动水流砂层段快速 固结注浆材料的制备方法。
【背景技术】
[0002] 在地铁、公路(铁路）隧道、煤矿建井和国防(如导弹发射井）等地下工程的施工过 程中，特别是煤矿建井施工和地铁建设工程中，经常会遇到流沙、淤泥等地质灾害，对施工 进度和安全生产造成严重影响，传统做法是使用管棚进行临时支护，同时注水泥浆或化学 浆液进行加固，这种施工方法和冻结法已成为目前煤矿井巷、隧道穿越有害地层(流沙层） 的最主要的方法。
[0003] 然而，使用管棚进行临时支护，同时注水泥浆或化学浆液进行加固，需要将水泥或 合成树脂类材料制成注浆液，用注浆泵将注浆液注入到流沙层的缝隙中，固化后起到整体 加固的效果。水泥基注浆加固材料如单液水泥浆、水泥水玻璃等是七十年代就已经使用的 注浆加固材料，水泥基注浆加固材料由于价格低廉、安全无毒以及较好的固结体抗压强度 而获得了广泛的使用，水泥属于颗粒性材料，水泥浆液很难渗透到细小的空隙中去，所以， 无法和流沙层里的流沙充分混合。目前，常用的化学注浆材料包括聚氨酯、脲醛树脂、环氧 树脂等。常规聚氨酯类注浆加固材料因其固化时体积膨胀和塑性变形在注浆加固工程中获 得了较广泛的应用，但这类材料存在着粘度大、遇水反应发泡导致强度降低等缺陷， 尤其在反应的过程中释放有毒有害气体，对人体健康带来严重危害；脲醛树脂是由尿 素和甲醛反应合成的水性树脂，价格低廉、难燃及粘度低的优点，但其粘接性能较差、固结 体强度低，遇水分解，而且固结后有大量的游离甲醛析出，污染环境，损害人体健康。
[0004] 总之，常规的化学注浆加固材料由于粘度高、可注性差、强度低、耐腐蚀和阻燃性 能差以及危害人体健康等缺陷，而地下水矿化度高，腐蚀性强，不能满足流沙和淤泥的注浆 加固并形成固结体满足永久支护的要求，因此，迫切需要超低粘度、强度高、耐腐蚀、阻燃且 不危害人体健康的固沙固泥材料。
【发明内容】
[0005] 针对现有技术中的缺陷，本发明是一种用于煤矿井巷动水流砂层段快速固结注浆 材料及其制备方法，使制备得到的树脂能够注入流沙和淤泥中，驱替流沙和淤泥中的水并 与流沙或淤泥充分混合，快速固化达到并满足加固要求。
[0006] 本发明是通过以下技术方案实现的： 第一方面，本发明涉及一种用于煤矿井巷动水流砂层段快速固结注浆材料，包括如下 质量百分比的各组分： 双酚A型环氧树脂 30-43份， 不饱和一元羧酸 10-15份， 反应型阻燃剂 10-18份， 催化剂 0. 2-0. 3份， 阻聚剂 0? 02-0. 08份， 可交联单体 35-45份。
[0007] 优选地，包括如下质量份数的各组分： 双酚A型环氧树脂 32-40份， 不饱和一元羧酸 12-14份， 反应型阻燃剂 12-15份， 催化剂 0. 25-0. 3份， 阻聚剂 0? 03-0. 06份， 可交联单体 38-43份。
[0008] 优选地，所述不饱和一元羧酸为甲基丙烯酸、丙烯酸、丁烯酸中的一种。
[0009] 优选地，所述反应型阻燃剂为甲基磷酸二甲酯、乙基磷酸二乙酯中的一种或两者 的组合物。
[0010] 优选地，所述催化剂为四甲基氯化铵、间苯二胺、苄基二甲胺、四乙基溴化铵中的 一种。
[0011] 优选地，所述阻聚剂为对苯二酚、甲基对苯二酚、叔丁基邻苯二酚、叔丁基对苯二 酚、对苯醌中的一种或两种组合物。
[0012] 优选地，所述可交联单体为苯乙烯、二乙烯基苯、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸丁酯中 的一或两种。
[0013] 优选地，所述促进剂为异辛酸钴、环烷酸钴的一种。
[0014] 优选地，所述固化剂为过氧化苯甲酰、过氧化甲乙酮中的一种。
[0015] 第二方面，本发明还涉及前述的用于煤矿井巷动水流砂层段快速固结注浆材料的 制备方法，包括如下步骤： 步骤1，按各组分的重量百分比计，在带有温度计、搅拌器、氮气导管、氧气导管、冷凝器 的反应釜中投入双酚A型环氧树脂，搅拌并逐步升温至75-85°C，依次加入不饱和一元羧 酸、催化剂、阻聚剂和阻燃剂； 步骤2,搅拌并逐步升温，控制在130-140 °C，保温反应1. 5-6h，直至酸值降到 5mgKOH/g以下； 步骤3,冷却至70°C以下加入可交联单体，充分搅拌冷却即可得到淡黄色双组分耐腐 蚀阻燃乙烯基环氧树脂； 步骤4,在得到的淡黄色双组分耐腐蚀阻燃乙烯基环氧树脂中加入促进剂为A组份，加 入固化剂为B组份得到组合料，A、B组份的标准体积配合比为1:1 ; 步骤5,通过采用变量双液注浆泵实现A、B组份标准体积配合比1:1到4:1的变化，实 现凝胶时间3_60min和固化时间10_90min的调节。
[0016] 其中，步骤4中得到的组合料在室温25°C时，其粘度为15_30mPa ? s，氧指数为 28-34。
[0017] 与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果： (1)本发明聚合物是一种超低粘度、耐腐蚀、阻燃、高强度、不危害人体健康的高分子注 浆加固材料； (2)本发明方法采用变量双液注浆泵实现A、B组份标准体积配合比1:1到4:1的变化， 实现凝胶时间和固化时间的调节，浆液通过变量双液注浆泵增压注入煤矿井巷和隧道等地 下工程的流沙层或淤泥中，快速注入和渗透到流沙或淤泥的细微空隙中固化，形成有一定 强度的固结体，防止在掘进过程中出现透沙、冒顶、片帮等安全事故的发生。
[0018] (3)本发明方法容易操作，效果显著。
【具体实施方式】
[0019] 下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术 人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术 人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明 的保护范围。
[0020] 实施例1-5 实施例1-5涉及用于煤矿井巷动水流砂层段快速固结注浆材料及其制备方法，各组分 及各自质量份数如表1所示： 单位g
【主权项】
1. 一种用于煤矿井巷动水流砂层段快速固结注浆材料，其特征在于，包括如下质量份 数的各组分： 双酚A型环氧树脂 30-43份， 不饱和一元羧酸 10-15份， 反应型阻燃剂 10-18份， 催化剂 0. 2-0. 3份， 阻聚剂 0? 02-0. 08份， 可交联单体 35-45份。
2. 如权利要求1所述的用于煤矿井巷动水流砂层段快速固结注浆材料，其特征在于， 包括如下质量份数的各组分： 双酚A型环氧树脂 32-40份， 不饱和一元羧酸 12-14份， 反应型阻燃剂 12-15份， 催化剂 0. 25-0. 3份， 阻聚剂 0? 03-0. 06份， 可交联单体 38-43份。
3. 如权利要求1或2所述的用于煤矿井巷动水流砂层段快速固结注浆材料，其特征在 于，所述不饱和一元羧酸为甲基丙烯酸、丙烯酸、丁烯酸中的一种。
4. 如权利要求1或2所述的用于煤矿井巷动水流砂层段快速固结注浆材料，其特征在 于，所述反应型阻燃剂为甲基磷酸二甲酯、乙基磷酸二乙酯中的一种或两者的组合物。
5. 如权利要求1或2所述的用于煤矿井巷动水流砂层段快速固结注浆材料，其特征在 于，所述催化剂为四甲基氯化铵、间苯二胺、苄基二甲胺、四乙基溴化铵中的一种。
6. 如权利要求1或2所述的用于煤矿井巷动水流砂层段快速固结注浆材料，其特征在 于，所述阻聚剂为对苯二酚、甲基对苯二酚、叔丁基邻苯二酚、叔丁基对苯二酚、对苯醌中的 一种或两种组合物。
7. 如权利要求1或2所述的用于煤矿井巷动水流砂层段快速固结注浆材料，其特征在 于，所述可交联单体为苯乙烯、二乙烯基苯、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸丁酯中的一或两种。
8. 如权利要求1或2所述的用于煤矿井巷动水流砂层段快速固结注浆材料，其特征在 于，所述促进剂为异辛酸钴、环烷酸钴的一种。
9. 如权利要求1或2所述的用于煤矿井巷动水流砂层段快速固结注浆材料，其特征在 于，所述固化剂为过氧化苯甲酰、过氧化甲乙酮中的一种。
10. -种如权利要求1或2所述的用于煤矿井巷动水流砂层段快速固结注浆材料的制 备方法，其特征在于，包括如下步骤： 步骤1，按各组分的重量百分比计，在带有温度计、搅拌器、氮气导管、氧气导管、冷凝器 的反应釜中投入双酚A型环氧树脂，搅拌并逐步升温至75-85°C，依次加入不饱和一元羧 酸、催化剂、阻聚剂和阻燃剂； 步骤2,搅拌并逐步升温，控制在130-140 °C，保温反应1.5-6h，直至酸值降到 5mgKOH/g以下； 步骤3,冷却至70°C以下加入可交联单体，充分搅拌冷却即可得到淡黄色双组分耐腐 蚀阻燃乙烯基环氧树脂； 步骤4,在得到的淡黄色双组分耐腐蚀阻燃乙烯基环氧树脂中加入促进剂为A组份，加 入固化剂为B组份得到组合料，A、B组份的标准体积配合比为1:1 ; 步骤5,通过采用变量双液注浆泵实现A、B组份标准体积配合比1:1到4:1的变化， 实现凝胶时间3-60min和固化时间10-90min的调节，其中，步骤4中得到的组合料在室温 25°C时，其粘度为15-30mPa?s，氧指数为28-34。
【专利摘要】本发明提供了一种用于煤矿井巷动水流砂层段快速固结注浆材料及其制备方法；双组分耐腐蚀阻燃乙烯基环氧树脂，包括：双酚A型环氧树脂30-45份，不饱和一元羧酸5-20份，反应型阻燃剂10-20份，催化剂0.15-0.35份，阻聚剂0.01-0.09份，可交联单体30-45份。本发明还涉及上述的制备方法，本发明方法采用变量双液注浆泵实现A、B组份标准体积配合比1:1到4:1的变化，实现凝胶时间和固化时间的调节，浆液通过变量双液注浆泵增压注入煤矿井巷和隧道等地下工程的流沙层或淤泥中，快速注入和渗透到流沙或淤泥的细微空隙中固化，形成一定强度的固结体，防止在掘进过程中出现透沙、冒顶、片帮等安全事故的发生。
【IPC分类】C08G59-17, C08F283-10, C08G59-16, C08L51-08
【公开号】CN104693378
【申请号】CN201510129571
【发明人】刘向东, 刘蓓蓓
【申请人】上海米维矿业科技有限公司, 刘向东, 刘蓓蓓
【公开日】2015年6月10日
【申请日】2015年3月24日