專利名稱：一種煤礦用化學注漿充填密封材料及其制備方法、使用方法
技術領域：
本發明涉及化學注漿材料，尤其涉及一種煤礦用化學注漿充填材料，屬于化學材料領域。
背景技術：
我國煤炭儲量大，地質條件復雜，煤層狀況復雜，安全問題十分突出，生產效率普遍還比較低。我國煤礦主要是井エ開采，需要在地下開掘規模巨大的巷道，由于我國的煤礦沉積巖層呈現強度低、破碎、地應力高；護巷煤柱小，動壓影響強烈等特點，其中巷道支護、工作面煤壁加固、巷道加固、巷道高冒區充填、堵水、防滅火、采空區密閉等相關安全材料等 是直接影響礦井安全、產量與效益的關鍵技木。注漿材料從最初的石灰和黏土、水泥，發展到水泥-水玻璃、各種化學注漿材料、超細水泥注漿材料。傳統的無機材料作為充填密封材料使用存在著施工效率低、注漿困難、不發泡導致填充用量大等缺點，而化學注漿材料作為充填密封材料使用的，目前市場上只有聚氨酷、脲醛樹脂、酚醛樹脂、改性水玻璃等幾種。盡管聚氨酯充填材料具有發泡倍率高、充填用量少、遇水發泡等優點，但在煤礦中使用存在價格較貴、應用成本高、阻燃性差等致命缺陷。而脲醛樹脂充填材料雖然粘度小，施工方便，發泡倍率高，力學性能較好，但是脲醛樹脂原料単體含量高，揮發性大，污染環境，在當今愈來愈重視環保的前提下，應用將受到影響。雖然酚醛樹脂充填材料粘度小，施エ方便，發泡倍率高，単體含量少，阻燃，抗靜電等優點，但大多采用鹵代烴作為發泡劑，對環境造成污染，限制其應用。水玻璃作為充填材料使用，價格低廉，發泡倍率低，力學性能較差，也限制了它的應用。因此，本領域存在需要開發ー種安全、不污染環境、價格低廉、施工性能良好的充填材料的迫切需求。
發明內容
針對現有技術的缺陷，本申請發明人通過大量試驗提供了一種價格低廉、安全環保、方便施工的煤礦用化學注漿材料，相應的本發明還公開其制備方法和使用方法。為實現上述目的，本發明是通過下述技術方案實現的一種煤礦用化學注漿充填材料，包括A、B兩個組分，所述A組分以酚醛樹脂為主齊U，配以助劑，所述助劑包括發泡劑、泡沫穩定劑、阻燃劑、特種助劑等中的ー種和/或ー種以上的混合物；所述B組分為固化劑。其中，所述A、B組分按照一定組成比例混合后形成發泡材料，以重量份計含有如下組分酚醛樹脂80 IOO
發泡劑2 20
泡沫穩定劑0.5 8
阻燃劑O 20
特種助劑O 20
固化劑20 60
O 在本發明中，所述酚醛樹脂是由酚與醛在堿性條件下合成的甲階酚醛樹脂；其中合成樹脂所用的酚類選自苯酚、甲酚、ニ甲酚、雙酚A等中的ー種和/或ー種以上的混合物，優選苯酚，合成樹脂所用的醛類選自甲醛、こ醛、多聚甲醛、糠醛等中的ー種和/或ー種以上的混合物，優選甲醛。在本發明中，所述的發泡劑為化學發泡劑，是能與固化劑反應產生氣體、或者加熱能分解產生氣體的物質，選自碳酸鹽類和偶氮類發泡劑中的ー種和/或ー種以上的混合物，優選的是碳酸鈉、偶氮ニ異丁氰等中ー種和/或ー種以上的混合物。在本發明中，所述泡沫穩定劑為表面活性剤，包括陽離子表面活性剤，陰離子表面活性剤、非離子表面活性劑等中的ー種和/或ー種以上的混合物。以上所述的幾種表面活性劑為化學化工手冊廣泛記載，本發明中可任選的采用任意ー種上述所述的表面活性剤。在本發明中，所述特種助劑為流變助劑、分散劑和增韌劑等中的ー種和/或ー種以上的混合物。其中所述分散劑為親油性或親水性界面活性剤，優選海明斯德謙903、904、912、923、926、931等中的ー種和/或ー種以上的混合物；所述流變助劑是經特殊加工的蒙脫石粘土類增稠劑，粒徑細微，易于分散在水中，優選海明斯德謙201、202、211F、908、275等中的ー種和/或ー種以上的混合物；所述增韌劑為低分子量聚合物，優選聚醚多元醇、聚酯多元醇、聚こ烯醇等中的ー種和/或ー種以上的混合物。在本發明中，所述阻燃劑選自磷系阻燃劑、鹵系阻燃劑和氮系阻燃劑等中的ー種和/或ー種以上的混合物，其中所述磷系阻燃劑包括TCEP、TCPP、磷酸三苯酯等；所述鹵系阻燃劑包括有機氯化物和有機溴化物，如氯化石蠟；所述氮系阻燃劑包括蜜胺及其衍生物和相關的雜環化合物，如三聚氰胺、三聚氰胺磷酸鹽等。在本發明中，所述固化劑為酸性固化劑，包括有機酸或/和無機酸的混合物，優選的是有機酸和無機酸組合使用，所述有機酸含量為固化劑的50% 80% ;所述無機酸含量為固化劑的20 50%。其中有機酸包括有機羧酸或有機磺酸，如醋酸、苯甲酸、對羥基苯磺酸、鄰羥基苯磺酸中的ー種和/或ー種以上的混合物，優選磺酸；無機酸包括鹽酸、硫酸、磷酸中的ー種和/或ー種以上的混合物，優選硫酸和磷酸。進ー步的，本發明公開了所述煤礦用化學注漿充填材料的制備方法，包括A組分的制備方法按照配比，取部分酚醛樹脂加入到拉缸中，啟動攪拌，加入添 加劑，攪拌后加入發泡劑，高速分散，得預分散漿料；將剩下的酚醛樹脂加入到反應釜中，啟動攪拌，加入所得預分散漿料，攪拌再加入泡沫穩定劑，繼續攪拌，下料ロ放出，檢驗，灌裝密封，得A組分。
優選的，A組分的制備方法采用下述時間和條件按照配比取部分酚醛樹脂加入到拉缸中，啟動攪拌，加入添加剤，攪拌2小時后，加入發泡劑，高速分散30分鐘，得預分散漿料；將剩下的酚醛樹脂加入到反應釜中，啟動攪拌，加入所得預分散漿料，攪拌I小時，再加入泡沫穩定劑，繼續攪拌半小時，下料ロ放出，檢驗，灌裝密封，得A組分。B組分的制備方法在耐酸反應釜中按配方加入固化劑，開啟攪拌和冷卻系統，冷卻后，下料ロ放出，檢驗，灌裝密封，得B組分。優選的，B組分采用下述的制備方法耐酸反應釜中按配方加入有機酸，開啟攪拌和冷卻系統，緩慢滴加無機酸；冷卻后，下料ロ放出，檢驗，灌裝密封，得B組分。
相應的，本發明還公開了所述煤礦用化學注漿充填材料的使用方法，使用時將A、B兩組分按照一定比例用專用注漿泵注漿。本發明所述的煤礦用化學注漿充填材料通常由受過專業培訓的人員且有專業施工設備的施工隊伍采用專用化學注漿泵進行注漿施工。本發明公開的煤礦用化學注漿充填材料，可以廣泛應用于多種不同環境，例如井下巷道、工作面等冒頂區的充填密封；采空區或其他廢礦空穴的充填密封；工作面上下隅角通風密閉墻構筑；封堵煤巖體裂縫，防止漏風等。本發明的煤礦用化學注漿充填材料室溫即可發泡，不產生污染環境的氣體，發泡倍率高、安全無污染、阻燃抗靜電性好，且生產エ藝簡単，產品質量易于控制，特別適合煤礦礦井充填使用。
具體實施例方式結合具體的實施例可以更好的理解本發明的發明實質。在下述實施例中，所涉及的原料均有市售。本發明的煤礦用化學注漿充填材料，由酚醛樹脂、固化劑、發泡劑、泡沫穩定劑、阻燃劑以及特種助劑等組成，根據應用的環境條件及要求，通過調整發明的配方，可獲得所需要的性能。在下述中，所述添加劑作為所述多種助劑的總稱；下述的各種成分在滿足所給量要求的基礎上，可以從發明內容中所述組分任意選擇，本領域技術人員可以理解，最合適的是其中的優選成分。實施例IA 組分
酚醛樹脂80
發泡劑3
泡沫穩定劑3
特種助劑13B 組分固化劑I 65
固化劑2 15固化劑3 20其中，酚醛樹脂為苯酚甲醛樹脂、發泡劑為偶氮ニ異丁氰、泡沫穩定劑為陰離子表面活性剤、特種助劑為海明斯德謙903、201、聚酯多元醇的混合物。其中，固化劑I為苯甲酸、固化劑2為對羥基苯磺酸、固化劑3為磷酸。其中，A組分制備エ藝步驟I)按照配比取部分酚醛樹脂加入到拉缸中，啟動攪拌，加入添加剤，攪拌2小時后，加入發泡劑，高速分散30分鐘，得預分散漿料。2)將剩下的酚醛樹脂加入到反應釜中，啟動攪拌，加入I中所得預分散漿料，攪拌I小吋，再加入泡沫穩定劑，繼續攪拌半小吋，下料ロ放出，檢驗，灌裝密封，得A組分。·其中，B組分制備エ藝步驟I)按配比將固化劑I加入到搪瓷反應釜中，開啟攪拌、冷卻系統，加入固化劑2，待冷卻后，緩慢滴加固化劑3，溫度不超過70°C。2)冷卻后，下料ロ出料，檢驗，灌裝密封保存。使用時將A、B兩組分用專業注漿泵注漿，室溫即可發泡，得到高抗壓充填材料。實施例2A 組分
酚醛樹脂100
發泡劑10
泡沫穩定劑3
特種助劑10B 組分固化劑I 65固化劑2 15固化劑3 20其中，酚醛樹脂為甲酚こ醛樹脂、發泡劑為碳酸鈉、泡沫穩定劑為非離子表面活性齊U、特種助劑為海明斯德謙912、908、聚醚多元醇的混合物。其中，固化劑I為對羥基苯磺酸、固化劑2為醋酸、固化劑3為硫酸。使用時將A、B兩組分用專業注漿泵注漿，室溫即可發泡，得到高發泡倍率充填材料。實施例3A 組分酚醛樹脂90
發泡劑4
泡沫穩定劑3. 5
阻燃劑10
特種添加劑10B 組分固化劑I 55固化劑2 25 固化劑3 20其中，酚醛樹脂為苯酚多聚甲醛樹脂、發泡劑為碳酸鈉和偶氮ニ異丁氰的混合物、泡沫穩定劑為陽離子表面活性剤、特種助劑為海明斯德謙923、275、聚こ烯醇的混合物、阻燃劑為磷酸三苯酷。其中，固化劑I為鄰羥基苯磺酸、固化劑2為苯甲酸、固化劑3為硫酸。使用時將A、B兩組分用專業注漿泵注漿，室溫即可發泡，得到高阻燃性能充填材料。實施例4 A 組分
酚醛樹脂100
發泡劑10
泡沫穩定劑6
阻燃劑10 特種添加劑15B 組分固化劑I 60固化劑2 25固化劑3 15其中，酚醛樹脂為苯酚甲醛樹脂、發泡劑為偶氮ニ異丁氰的混合物、泡沫穩定劑為非離子表面活性剤、特種助劑為海明斯德謙923、聚酯多元醇的混合物、阻燃劑為TCEP和氯化石蠟的混合物。其中，固化劑I為鄰羥基苯磺酸、固化劑2為對羥基苯磺酸、固化劑3為硫酸和磷酸的混合物。使用時將A、B兩組分用專業注漿泵注漿，室溫即可發泡，得到高發泡倍率、高阻燃性能充填材料。本發明申請人對上述四個實施例所得材料的性能進行了試驗檢測，所得結果如下表I所示表I
權利要求
1.一種煤礦用化學注漿充填材料，包括A、B兩個組分，其特征在于所述A組分以酚醛樹脂為主劑，配以助劑，所述助劑包括發泡劑、泡沫穩定劑、阻燃劑、特種助劑等中的一種和/或一種以上的混合物；所述B組分為固化劑；所述A、B組分按照一定組成比例混合后形成發泡材料，以重量份計含有如下組分酚醛樹脂80 IOO發泡劑2 20泡沫穩定劑0.5 8阻燃劑0 20特種助劑0 20固化劑20 60。
2.根據權利要求I所述的煤礦用化學注漿充填材料，其特征在于所述酚醛樹脂是由酚與醛在堿性條件下合成的甲階酚醛樹脂；其中合成樹脂所用的酚類選自苯酚、甲酚、二甲酚、雙酚A等中的一種和/或一種以上的混合物，合成樹脂所用的醛類選自甲醛、乙醛、多聚甲醛、糠醛等中的一種和/或一種以上的混合物。
3.根據權利要求I所述的煤礦用化學注漿充填材料，其特征在于所述發泡劑為化學發泡劑，選自碳酸鹽類和偶氮類發泡劑中的一種和/或一種以上的混合物。
4.根據權利要求I所述的煤礦用化學注漿充填材料，其特征在于所述泡沫穩定劑為表面活性劑，包括陽離子表面活性劑，陰離子表面活性劑、非離子便面活性劑等中的一種和/或一種以上的混合物。
5.根據權利要求I所述的煤礦用化學注漿充填材料，其特征在于所述特種助劑為流平助劑、分散劑和增韌劑等中的一種和/或一種以上的混合物。
6.根據權利要求I所述的煤礦用化學注漿充填材料，其特征在于所述阻燃劑選自磷系阻燃劑、鹵系阻燃劑和氮系阻燃劑等中的一種和/或一種以上的混合物。
7.根據權利要求I所述的煤礦用化學注漿充填材料，其特征在于所述固化劑為酸性固化劑，包括有機酸或/和無機酸的混合物。
8.根據權利要求7所述的煤礦用化學注漿充填材料，其特征在于所述有機酸包括有機磺酸、有機羧酸中的一種或多種，含量為固化劑的50% 80% ;所述無機酸包括鹽酸、磷酸、硫酸中的一種或多種，含量為固化劑的20 50%。
9.權利要求1-8任一權利要求所述的煤礦用化學注漿充填材料的制備方法，其特征在于 A組分的制備方法按照配比取部分酚醛樹脂加入到拉缸中，啟動攪拌，加入添加劑，攪拌2小時后，加入發泡劑，高速分散30分鐘，得預分散漿料；將剩下的酚醛樹脂加入到反應釜中，啟動攪拌，加入所得預分散漿料，攪拌I小時，再加入泡沫穩定劑，繼續攪拌半小時，下料口放出，檢驗，灌裝密封，得A組分。
B組分的制備方法耐酸反應釜中按配方加入有機酸，開啟攪拌和冷卻系統，緩慢滴加無機酸；冷卻后，下料口放出，檢驗，灌裝密封，得B組分。
10.權利要求1-8任一權利要求所述的煤礦用化學注漿充填材料的使用方法，其特征在于將上述物料按一定的工藝制成A、B組分，A、B組分按比例用專用注漿泵注漿，室溫即 可發泡。
全文摘要
本發明公開了一種煤礦用化學注漿充填材料，包括A、B兩個組分，所述A組分以酚醛樹脂為主劑，配以助劑，所述助劑包括發泡劑、泡沫穩定劑、阻燃劑、特種助劑等中的一種和/或一種以上的混合物；所述B組分為固化劑；所述A、B組分按照一定組成比例混合后形成發泡材料。本發明的煤礦用化學注漿充填材料室溫即可發泡，不產生污染環境的氣體，發泡倍率高、安全無污染、阻燃抗靜電性好，且生產工藝簡單，產品質量易于控制，特別適合煤礦礦井充填使用。
文檔編號C08J9/10GK102702675SQ201210002228
公開日2012年10月3日 申請日期2012年1月5日 優先權日2012年1月5日
發明者李紅英, 鄭先軍 申請人:北京東方雨虹防水技術股份有限公司