煤矿井下用聚氨酯注浆加固材料使用过程中自身安全性的检测方法
【专利摘要】本发明公开了煤矿井下用聚氨酯注浆加固材料使用过程中自身安全性的检测方法，其特征在于：对聚氨酯注浆加固材料进行固化，测定聚氨酯注浆加固材料在固化过程中的理论最高反应温度和固化后的热分解温度，然后对比两个温度即可判断聚氨酯注浆加固材料是否为安全材料。本发明的检测方法是利用现有的热分析技术，通过对比聚氨酯注浆加固材料在固化过程中的理论最高反应温度和固化后的热分解温度来判断材料在用于煤矿井下时是否会产生阴燃，方法简单快捷，可以准确有效的判断聚氨酯注浆加固材料使用过程中的自身安全性。
【专利说明】煤矿井下用聚氨酯注浆加固材料使用过程中自身安全性的 检测方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及煤矿井下用聚氨酯注浆加固材料使用过程中自身安全性的检测方法， 具体的说是涉及一种检测聚氨酯注浆加固材料在用于煤矿井下时是否会发生自身阴燃的 检测方法。
【背景技术】
[0002] 目前我国约有40%左右的煤矿其煤系地层为松软岩层，加之构造及应力集中等因 素的影响，致使岩层更加松散，给巷道支护及安全生产带来很大难度。近年来，煤矿用高分 子灌浆加固技术愈发受到关注，尤其是该技术能有效控制围岩的变形，显著改善松软破碎 围岩巷道的支护效果，具有很大的应用前景。在各类高分子注浆加固材料中，聚氨酯注浆加 固材料由于具有综合性能优良、施工应用方便等诸多优点，目前已被广泛应用于井下煤岩 体加固的工程。但由于国内该加固材料的研究相对起步较晚，从国外引进该技术后，虽进行 了多年的工程应用，但是对于材料技术的了解还不全面，对煤矿工程的实际要求和科学合 理应用等方面认识深度还不够，聚氨酯加固材料在井下应用中曾发生过多次严重的次生灾 害事故，给煤矿井下安全生产带来较严重的负面影响。
[0003] 目前，针对各个领域灌浆材料的应用，现有的标准中只是规定了材料的外观、闪 点、力学性能、抗老化性能、膨胀系数和阻燃性能等，并未涉及高分子材料引起危害的真正 原因。聚氨酯加固材料注入到煤层后，尤其是遇到比较大的孔洞时很容易出现冒烟、着火等 事故。经过大量的研究与实验发现其主要原因是：由于堆积，材料本身反应放出的大量热量 难以移除导致高分子材料内部发生了阴燃，首先是材料吸热热解生成大量的浓烟和一些可 燃性小分子气体，当温度继续升高这些浓烟和小分子气体和周围的氧气进一步发生放热氧 化反应使周围温度急剧升高最终导致燃烧。因此，为避免事故的发生，在用于煤矿井下之前 应确定所用的聚氨酯注浆加固材料自身是否会因热量的堆积而产生阴燃现象，若会则各材 料不安全，不能用在煤矿井下，若不会则可以安全使用。
[0004] 但是，目前尚无方法可以检测聚氨酯注浆加固材料在用于煤矿井下时是否会产生 阴燃现象。
【发明内容】
[0005] 本发明是为避免上述现有技术所存在的不足之处，提供一种煤矿井下用聚氨酯注 浆加固材料使用过程中自身安全性的检测方法，以期可以准确判断聚氨酯注浆加固材料在 用于煤矿井下时是否会产生阴燃现象而引起事故。
[0006] 本发明解决技术问题，采用如下技术方案：
[0007] 本发明煤矿井下用聚氨酯注浆加固材料使用过程中自身安全性的检测方法，其特 点在于：包括以下步骤：
[0008] 对聚氨酯注浆加固材料进行固化，测定所述聚氨酯注浆加固材料在固化过程中的 理论最高反应温度Tmax和固化后的热分解温度Td ;
[0009] 对比Tmax和Td :若Tmax < Td，则所述聚氨酯注浆加固材料在用于煤矿井下时不会发 生阴燃，为安全材料；若Tmax > Td，则所述聚氨酯注浆加固材料在用于煤矿井下时会发生阴 燃，为非安全材料。
[0010] 本发明煤矿井下用聚氨酯注浆加固材料使用过程中自身安全性的检测方法，其特 点也在于：
[0011] 所述热分解温度Td是通过热重分析仪测得，具体步骤为：将质量为凡的聚氨酯注 楽加固材料放入热重分析仪中，在50?100ml/min的N 2流的保护下以5?10°C /min升温 速率，从20°C升至800°C，获得所述聚氨酯注浆加固材料的质量Μ随温度变化的曲线，所述 热分解温度T d为Μ = 95% Μ。时的温度。
[0012] 所述聚氨酯注浆加固材料在固化过程中的理论最高反应温度Tmax是假设所述聚氨 酯注浆加固材料在固化过程中所产生的热量没有向外界散失，全部用于自身温度的升高而 能达到的最高温度。
[0013] 所述聚氨酯注浆加固材料在固化过程中的理论最高反应温度Tmax是按如下方式获 得：
[0014] 首先通过差示扫描量热仪间接法测试所述聚氨酯注浆加固材料的比热容(；，然后 利用差示扫描量热仪测试所述聚氨酯注浆加固材料在固化过程中的单位质量放热量Q，最 后根据式（1)获得所述理论最高反应温度T max:
[0015] Tmax = Q/Cp+T (1);
[0016] 式中：T为所述聚氨酯注浆加固材料在固化之前的温度，单位为°〇；
[0017] Tmax为理论最高反应温度，单位为°〇；
[0018] Q为单位质量放热量，单位为J/g ;
[0019] cp为比热容,单位为J/(g. °C )。
[0020] 通过差示扫描量热仪测试所述比热容Cp是在氮气气氛中进行，温度从20°C升至 150°C，升温速率为5?20°C /min，氮气流量为50?100ml/min。
[0021] 通过差示扫描量热仪测试所述单位质量放热量Q是在氮气气氛中进行，温度 从-40°C升至150°C，升温速率为5?20°C /min，氮气流量为50?100ml/min，对所获得的 热流率随温度变化的曲线中的放热峰面积进行积分计算，即得单位质量放热量Q。
[0022] 本发明检测方法的具体操作步骤如下：
[0023] 1、测定聚氨酯注浆加固材料在固化过程中的理论最高反应温度Tmax :
[0024] a、差示扫描量热仪（DSC)间接法测试聚氨酯注浆加固材料的比热容Cp :
[0025] al、选取两个空坩埚，其中一个压封后作为参比盘，另一套加盖但不压封作为样品 盘，放入DSC中；
[0026] a2、设置并运行以下程序：以5?20°C /min的升温速率从20°C升温至150°C，所 获得的热流率随温度变化的曲线记为基线；
[0027] a3、温度降至室温后，取出样品盘，将比热容基准物蓝宝石准确称量（准至0. lmg) 后，置于所述样品盘中，仍加盖但不压封，重复步骤a2,所获得的热流率随温度变化的曲线 记为参比线；
[0028] a4、再次待温度降至室温后，从样品盘中取出蓝宝石，准确称取待测聚氨酯注浆加 固材料（准至0. lmg)，置于样品盘中，加盖压封后，重复步骤a2,所获得的热流率随温度变 化的曲线记为样品线；
[0029] a5、利用式（2)计算获得聚氨酯注浆加固材料的比热容Cp :
[0030]
[0031] 其中：
【权利要求】
1. 煤矿井下用聚氨酯注浆加固材料使用过程中自身安全性的检测方法，其特征在于： 包括以下步骤： 对聚氨酯注浆加固材料进行固化，测定所述聚氨酯注浆加固材料在固化过程中的理论 最高反应温度Tmax和固化后的热分解温度Td ; 对比Tmax和Td :若Tmax < Td，则所述聚氨酯注浆加固材料在用于煤矿井下时不会发生阴 燃，为安全材料；若Tmax > Td，则所述聚氨酯注浆加固材料在用于煤矿井下时会发生阴燃，为 非安全材料。
2. 根据权利要求1所述的煤矿井下用聚氨酯注浆加固材料使用过程中自身安全性的 检测方法，其特征在于： 所述热分解温度Td是通过热重分析仪测得，具体步骤为：将质量为凡的聚氨酯注浆加 固材料放入热重分析仪中，在50?100ml/min的N2流的保护下以5?10°C /min升温速率， 从20°C升至800°C，获得所述聚氨酯注浆加固材料的质量Μ随温度变化的曲线，所述热分解 温度T d为Μ = 95% Μ。时的温度。
3. 根据权利要求1所述的煤矿井下用聚氨酯注浆加固材料使用过程中自身安全性的 检测方法，其特征在于： 所述聚氨酯注浆加固材料在固化过程中的理论最高反应温度Tmax是假设所述聚氨酯注 浆加固材料在固化过程中所产生的热量没有向外界散失，全部用于自身温度的升高而能达 到的最高温度。
4. 根据权利要求1或3所述的煤矿井下用聚氨酯注浆加固材料使用过程中自身安全性 的检测方法，其特征在于：所述聚氨酯注浆加固材料在固化过程中的理论最高反应温度T max 是按如下方式获得： 首先通过差示扫描量热仪间接法测试所述聚氨酯注浆加固材料的比热容(；，然后利用 差示扫描量热仪测试所述聚氨酯注浆加固材料在固化过程中的单位质量放热量Q，最后根 据式（1)获得所述理论最高反应温度T max: T- = Q/Cp+T (1)； 式中：T为所述聚氨酯注浆加固材料在固化之前的温度，单位为°C ; Tmax为理论最高反应温度，单位为°〇； Q为单位质量放热量，单位为J/g ; Cp为比热容，单位为X/(g. °C )。
5. 根据权利要求4所述的煤矿井下用聚氨酯注浆加固材料使用过程中自身安全性的 检测方法，其特征在于：通过差示扫描量热仪测试所述比热容C p是在氮气气氛中进行，温度 从20°C升至150°C，升温速率为5?20°C /min，氮气流量为50?100ml/min。
6. 根据权利要求4所述的煤矿井下用聚氨酯注浆加固材料使用过程中自身安全性的 检测方法，其特征在于：通过差示扫描量热仪测试所述单位质量放热量Q是在氮气气氛中 进行，温度从_40°C升至150°C，升温速率为5?20°C /min，氮气流量为50?100ml/min，对 所获得的热流率随温度变化的曲线中的放热峰面积进行积分计算，即得单位质量放热量Q。
【文档编号】G01N5/04GK104089848SQ201410369780
【公开日】2014年10月8日 申请日期:2014年7月30日 优先权日:2014年7月30日
【发明者】丁运生, 蔡明 , 倪建明, 马东东, 刘玉亭, 孙晓红 申请人:合肥工业大学