一种双骨料复合型高聚物及其注浆方法和应用技术

本发明专利技术提供一种双骨料复合型高聚物，涉及煤矿安全材料技术领域，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，细骨料7‑40份；本发明专利技术适用于煤矿煤层充填、加固及堵漏风，复合型高聚物的制造成本低，注浆使用后能有效降低煤矿井下事故发生的概率。

A Double Aggregate Composite Polymer and Its Grouting Method and Application

The invention provides a double aggregate composite polymer, which relates to the technical field of coal mine safety materials, including raw materials of the following quality components: polyether polyols 20 100, polymerized MDI 20 100, dispersant 5 10, catalyst 5 10, chain extender 5 10, flame retardant 3 10, coarse aggregate 7 40, fine aggregate 7 40; and is suitable for coal seam filling and strengthening. As well as blocking air leakage, the manufacturing cost of composite polymer is low, and the use of grouting can effectively reduce the probability of underground accidents in coal mines.

【技术实现步骤摘要】
一种双骨料复合型高聚物及其注浆方法和应用
本专利技术涉及煤矿安全材料
，尤其涉及一种双骨料复合型高聚物及其注浆方法和应用。
技术介绍
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。
技术实现思路
针对上述煤矿注浆过程中经常出现力学方面的问题，本专利技术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，本专利技术采用下述技术方案：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。本专利技术的有益效果是，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。本专利技术从提高材料强度、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为本专利技术的制备工艺流程图；图2为本专利技术用于煤层加固时内部粗细骨料分布图；图3为本专利技术用于煤层堵漏风时内部粗细骨料分布图；图4为本专利技术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本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种双骨料复合型高聚物，其特征在于，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。

【技术特征摘要】
1.一种双骨料复合型高聚物，其特征在于，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。2.如权利要求1所述的一种双骨料复合型高聚物，其特征在于，所述的聚醚多元醇为聚醚A和聚醚B按照3:2的体积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。3.如权利要求1所述的一种双骨料复合型高聚物，其特征在于，所述聚合MDI中的异氰酸根含量为30.5％～32％。4.如权利要求1所述的一种双骨料复合型高聚物，其特征在于，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。5.如权利要求1所述的一种双骨料复合型高聚物，其特征在于，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。6.如权利要求1所述的一种双骨料复合型高聚物，其特征在于，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。7.如权利要求6所述的一种双骨料...

【专利技术属性】
技术研发人员：陆伟，李金亮，秦传睿，亓冠圣，程卫民，王栋，贺正龙，孔彪，
申请(专利权)人：山东科技大学，
类型：发明
国别省市：山东,37