一種用于煤礦井巷動水流砂層段快速固結注漿材料及其制備方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及聚合物材料領域,具體地,涉及一種用于煤礦井巷動水流砂層段快速 固結注漿材料的制備方法。
【背景技術】
[0002] 在地鐵、公路(鐵路)隧道、煤礦建井和國防(如導彈發射井)等地下工程的施工過 程中,特別是煤礦建井施工和地鐵建設工程中,經常會遇到流沙、淤泥等地質災害,對施工 進度和安全生產造成嚴重影響,傳統做法是使用管棚進行臨時支護,同時注水泥漿或化學 漿液進行加固,這種施工方法和凍結法已成為目前煤礦井巷、隧道穿越有害地層(流沙層) 的最主要的方法。
[0003] 然而,使用管棚進行臨時支護,同時注水泥漿或化學漿液進行加固,需要將水泥或 合成樹脂類材料制成注漿液,用注漿泵將注漿液注入到流沙層的縫隙中,固化后起到整體 加固的效果。水泥基注漿加固材料如單液水泥漿、水泥水玻璃等是七十年代就已經使用的 注漿加固材料,水泥基注漿加固材料由于價格低廉、安全無毒以及較好的固結體抗壓強度 而獲得了廣泛的使用,水泥屬于顆粒性材料,水泥漿液很難滲透到細小的空隙中去,所以, 無法和流沙層里的流沙充分混合。目前,常用的化學注漿材料包括聚氨酯、脲醛樹脂、環氧 樹脂等。常規聚氨酯類注漿加固材料因其固化時體積膨脹和塑性變形在注漿加固工程中獲 得了較廣泛的應用,但這類材料存在著粘度大、遇水反應發泡導致強度降低等缺陷, 尤其在反應的過程中釋放有毒有害氣體,對人體健康帶來嚴重危害;脲醛樹脂是由尿 素和甲醛反應合成的水性樹脂,價格低廉、難燃及粘度低的優點,但其粘接性能較差、固結 體強度低,遇水分解,而且固結后有大量的游離甲醛析出,污染環境,損害人體健康。
[0004] 總之,常規的化學注漿加固材料由于粘度高、可注性差、強度低、耐腐蝕和阻燃性 能差以及危害人體健康等缺陷,而地下水礦化度高,腐蝕性強,不能滿足流沙和淤泥的注漿 加固并形成固結體滿足永久支護的要求,因此,迫切需要超低粘度、強度高、耐腐蝕、阻燃且 不危害人體健康的固沙固泥材料。
【發明內容】
[0005] 針對現有技術中的缺陷,本發明是一種用于煤礦井巷動水流砂層段快速固結注漿 材料及其制備方法,使制備得到的樹脂能夠注入流沙和淤泥中,驅替流沙和淤泥中的水并 與流沙或淤泥充分混合,快速固化達到并滿足加固要求。
[0006] 本發明是通過以下技術方案實現的: 第一方面,本發明涉及一種用于煤礦井巷動水流砂層段快速固結注漿材料,包括如下 質量百分比的各組分: 雙酚A型環氧樹脂 30-43份, 不飽和一元羧酸 10-15份, 反應型阻燃劑 10-18份, 催化劑 0. 2-0. 3份, 阻聚劑 0? 02-0. 08份, 可交聯單體 35-45份。
[0007] 優選地,包括如下質量份數的各組分: 雙酚A型環氧樹脂 32-40份, 不飽和一元羧酸 12-14份, 反應型阻燃劑 12-15份, 催化劑 0. 25-0. 3份, 阻聚劑 0? 03-0. 06份, 可交聯單體 38-43份。
[0008] 優選地,所述不飽和一元羧酸為甲基丙烯酸、丙烯酸、丁烯酸中的一種。
[0009] 優選地,所述反應型阻燃劑為甲基磷酸二甲酯、乙基磷酸二乙酯中的一種或兩者 的組合物。
[0010] 優選地,所述催化劑為四甲基氯化銨、間苯二胺、芐基二甲胺、四乙基溴化銨中的 一種。
[0011] 優選地,所述阻聚劑為對苯二酚、甲基對苯二酚、叔丁基鄰苯二酚、叔丁基對苯二 酚、對苯醌中的一種或兩種組合物。
[0012] 優選地,所述可交聯單體為苯乙烯、二乙烯基苯、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸丁酯中 的一或兩種。
[0013] 優選地,所述促進劑為異辛酸鈷、環烷酸鈷的一種。
[0014] 優選地,所述固化劑為過氧化苯甲酰、過氧化甲乙酮中的一種。
[0015] 第二方面,本發明還涉及前述的用于煤礦井巷動水流砂層段快速固結注漿材料的 制備方法,包括如下步驟: 步驟1,按各組分的重量百分比計,在帶有溫度計、攪拌器、氮氣導管、氧氣導管、冷凝器 的反應釜中投入雙酚A型環氧樹脂,攪拌并逐步升溫至75-85°C,依次加入不飽和一元羧 酸、催化劑、阻聚劑和阻燃劑; 步驟2,攪拌并逐步升溫,控制在130-140 °C,保溫反應1. 5-6h,直至酸值降到 5mgKOH/g以下; 步驟3,冷卻至70°C以下加入可交聯單體,充分攪拌冷卻即可得到淡黃色雙組分耐腐 蝕阻燃乙烯基環氧樹脂; 步驟4,在得到的淡黃色雙組分耐腐蝕阻燃乙烯基環氧樹脂中加入促進劑為A組份,加 入固化劑為B組份得到組合料,A、B組份的標準體積配合比為1:1 ; 步驟5,通過采用變量雙液注漿泵實現A、B組份標準體積配合比1:1到4:1的變化,實 現凝膠時間3_60min和固化時間10_90min的調節。
[0016] 其中,步驟4中得到的組合料在室溫25°C時,其粘度為15_30mPa ? s,氧指數為 28-34。
[0017] 與現有技術相比,本發明具有如下的有益效果: (1)本發明聚合物是一種超低粘度、耐腐蝕、阻燃、高強度、不危害人體健康的高分子注 漿加固材料; (2)本發明方法采用變量雙液注漿泵實現A、B組份標準體積配合比1:1到4:1的變化, 實現凝膠時間和固化時間的調節,漿液通過變量雙液注漿泵增壓注入煤礦井巷和隧道等地 下工程的流沙層或淤泥中,快速注入和滲透到流沙或淤泥的細微空隙中固化,形成有一定 強度的固結體,防止在掘進過程中出現透沙、冒頂、片幫等安全事故的發生。
[0018] (3)本發明方法容易操作,效果顯著。
【具體實施方式】
[0019] 下面結合具體實施例對本發明進行詳細說明。以下實施例將有助于本領域的技術 人員進一步理解本發明,但不以任何形式限制本發明。應當指出的是,對本領域的普通技術 人員來說,在不脫離本發明構思的前提下,還可以做出若干變形和改進。這些都屬于本發明 的保護范圍。
[0020] 實施例1-5 實施例1-5涉及用于煤礦井巷動水流砂層段快速固結注漿材料及其制備方法,各組分 及各自質量份數如表1所示: 單位g
【主權項】
1. 一種用于煤礦井巷動水流砂層段快速固結注漿材料,其特征在于,包括如下質量份 數的各組分: 雙酚A型環氧樹脂 30-43份, 不飽和一元羧酸 10-15份, 反應型阻燃劑 10-18份, 催化劑 0. 2-0. 3份, 阻聚劑 0? 02-0. 08份, 可交聯單體 35-45份。
2. 如權利要求1所述的用于煤礦井巷動水流砂層段快速固結注漿材料,其特征在于, 包括如下質量份數的各組分: 雙酚A型環氧樹脂 32-40份, 不飽和一元羧酸 12-14份, 反應型阻燃劑 12-15份, 催化劑 0. 25-0. 3份, 阻聚劑 0? 03-0. 06份, 可交聯單體 38-43份。
3. 如權利要求1或2所述的用于煤礦井巷動水流砂層段快速固結注漿材料,其特征在 于,所述不飽和一元羧酸為甲基丙烯酸、丙烯酸、丁烯酸中的一種。
4. 如權利要求1或2所述的用于煤礦井巷動水流砂層段快速固結注漿材料,其特征在 于,所述反應型阻燃劑為甲基磷酸二甲酯、乙基磷酸二乙酯中的一種或兩者的組合物。
5. 如權利要求1或2所述的用于煤礦井巷動水流砂層段快速固結注漿材料,其特征在 于,所述催化劑為四甲基氯化銨、間苯二胺、芐基二甲胺、四乙基溴化銨中的一種。
6. 如權利要求1或2所述的用于煤礦井巷動水流砂層段快速固結注漿材料,其特征在 于,所述阻聚劑為對苯二酚、甲基對苯二酚、叔丁基鄰苯二酚、叔丁基對苯二酚、對苯醌中的 一種或兩種組合物。
7. 如權利要求1或2所述的用于煤礦井巷動水流砂層段快速固結注漿材料,其特征在 于,所述可交聯單體為苯乙烯、二乙烯基苯、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸丁酯中的一或兩種。
8. 如權利要求1或2所述的用于煤礦井巷動水流砂層段快速固結注漿材料,其特征在 于,所述促進劑為異辛酸鈷、環烷酸鈷的一種。
9. 如權利要求1或2所述的用于煤礦井巷動水流砂層段快速固結注漿材料,其特征在 于,所述固化劑為過氧化苯甲酰、過氧化甲乙酮中的一種。
10. -種如權利要求1或2所述的用于煤礦井巷動水流砂層段快速固結注漿材料的制 備方法,其特征在于,包括如下步驟: 步驟1,按各組分的重量百分比計,在帶有溫度計、攪拌器、氮氣導管、氧氣導管、冷凝器 的反應釜中投入雙酚A型環氧樹脂,攪拌并逐步升溫至75-85°C,依次加入不飽和一元羧 酸、催化劑、阻聚劑和阻燃劑; 步驟2,攪拌并逐步升溫,控制在130-140 °C,保溫反應1.5-6h,直至酸值降到 5mgKOH/g以下; 步驟3,冷卻至70°C以下加入可交聯單體,充分攪拌冷卻即可得到淡黃色雙組分耐腐 蝕阻燃乙烯基環氧樹脂; 步驟4,在得到的淡黃色雙組分耐腐蝕阻燃乙烯基環氧樹脂中加入促進劑為A組份,加 入固化劑為B組份得到組合料,A、B組份的標準體積配合比為1:1 ; 步驟5,通過采用變量雙液注漿泵實現A、B組份標準體積配合比1:1到4:1的變化, 實現凝膠時間3-60min和固化時間10-90min的調節,其中,步驟4中得到的組合料在室溫 25°C時,其粘度為15-30mPa?s,氧指數為28-34。
【專利摘要】本發明提供了一種用于煤礦井巷動水流砂層段快速固結注漿材料及其制備方法;雙組分耐腐蝕阻燃乙烯基環氧樹脂,包括:雙酚A型環氧樹脂30-45份,不飽和一元羧酸5-20份,反應型阻燃劑10-20份,催化劑0.15-0.35份,阻聚劑0.01-0.09份,可交聯單體30-45份。本發明還涉及上述的制備方法,本發明方法采用變量雙液注漿泵實現A、B組份標準體積配合比1:1到4:1的變化,實現凝膠時間和固化時間的調節,漿液通過變量雙液注漿泵增壓注入煤礦井巷和隧道等地下工程的流沙層或淤泥中,快速注入和滲透到流沙或淤泥的細微空隙中固化,形成一定強度的固結體,防止在掘進過程中出現透沙、冒頂、片幫等安全事故的發生。
【IPC分類】C08G59-17, C08F283-10, C08G59-16, C08L51-08
【公開號】CN104693378
【申請號】CN201510129571
【發明人】劉向東, 劉蓓蓓
【申請人】上海米維礦業科技有限公司, 劉向東, 劉蓓蓓
【公開日】2015年6月10日
【申請日】2015年3月24日