一种矿用复合薄喷材料及其制备与使用方法技术

本发明专利技术公开了一种矿用复合薄喷材料及其制备与使用方法，该矿用复合薄喷材料，由以下质量百分比的组分制成：40％～50％脱炭粉煤灰，0.5％～2％石墨烯纳米粉，15％成膜剂，1％分散助剂，0.2％～0.4％增稠剂，1％～2％硅烷偶联剂，余量为水。使用时先将配制好的复合薄喷材料置于喷射机开放式的料仓，在需要堵漏的地点使用时先清理作业现场，每层喷浆完成后，间隔1～2d，待原喷层完全干燥后再进行二次复喷堵漏。本发明专利技术的矿用复合薄喷材料具有阻燃性能好、抗氧化性能良好、密封性强、堵漏效果好的特点，能够有效抑制煤壁氧化，阻燃防静电，在一定期限内封堵瓦斯，减缓瓦斯超限；能够快速施工，低粉尘、不回弹，柔性好、不易开裂，安全可靠。

A Mine Composite Thin Shotcrete Material and Its Preparation and Application

The invention discloses a composite thin-jet material for mining and its preparation and use method. The composite thin-jet material for mining is made of 40%-50% decarbonized fly ash, 0.5%-2% graphene nano-powder, 15% film-forming agent, 1% dispersing assistant, 0.2%-0.4% thickening agent, 1%-2% silane coupling agent and residual water. When used, the prepared composite thin spraying material is placed in the open silo of the sprayer. When used in places where leak stoppage is needed, the working site is cleaned up first. After each layer of spraying is completed, the interval is 1-2 days. After the original spraying layer is completely dried, the secondary re-spraying is carried out to stop the leak. The composite thin spray material of the invention has the characteristics of good flame retardancy, good oxidation resistance, strong sealing and good leak plugging effect, can effectively inhibit the oxidation of coal wall, fire retardant and anti-static, plug gas within a certain period of time, and slow down gas exceeding the limit; can be quickly constructed, low dust, no rebound, good flexibility, not easy to crack, and is safe and reliable.

【技术实现步骤摘要】
一种矿用复合薄喷材料及其制备与使用方法
本专利技术属于煤矿阻燃堵漏材料领域，具体涉及一种矿用复合薄喷材料及其制备与使用方法。
技术介绍
随着煤矿开采程度的逐渐加大，目前我国每年新掘巷道数万公里，多条巷道构成了庞大的矿井开采体系。因此，巷道支护体系的稳定与保养对矿井安全高效生产起到关键作用。在我国井下巷道开采支护过程中，锚杆支护作为一种常用的支护方式，是通过锚杆将金属网固定在被加固矿岩的表面上，形成锚杆金属网联合护顶，随后在进行喷浆加固，这种支护方法安全可靠具备较高的经济价值,且其控制围岩变形的效果也很好,施工速度较快。但是由于井下环境的恶劣，潮湿的环境经常会引起金属锚网的严重腐蚀以及喷浆巷道外表的严重风化，对巷道工作人员的安全造成了严重威胁。与此同时，近年来，避难硐室作为紧急避险设施是矿井发生事故时工作人员进行紧急避险的重要井下建筑，但由于井下环境恶劣，有时候避难硐室无法避免地设置于煤岩中，可能会受到瓦斯泄漏、积聚与超限的困扰，对避难人员的生命安全具有很大威胁。目前，井下恶劣的开采环境对于围岩风化以及巷道锚固件的侵蚀形成较大威胁，泥质胶结顶板强度低，易破碎，渗水性好，为裂隙水提供了通道。虽然采取喷浆隔离能够较好的保护巷道及锚固件，但混凝土层承载着巷道围岩等荷载，喷层会发生一些其他形式的破坏，例如鼓起、剪切等，因此封闭效果不甚理想。由于锚杆间距及围岩下沉等的作用，使杆间出现大的形变，混凝土固化后弹性较弱，极易出现喷层剥离岩体发生脱落。混凝土喷层硬化后，其在周角点锚杆的方形格子内形成块状水泥板，在拉应力的作用下裂隙首先从水泥板的薄弱处形成，且不断地向外延伸拓展并与围岩分离出现脱落。由此可见，锚喷支护损坏现象中，混凝土喷层断裂和脱落是常见的损坏现象，影响了煤矿井下的效率和安全。
技术实现思路
本专利技术的目的之一是提供一种矿用复合薄喷材料，封闭性好，不仅能提高巷道及锚固件的支护强度，而且能治理瓦斯，不易开裂，安全可靠。本专利技术的目的之二是提供上述矿用复合薄喷材料的制备方法，操作简单。为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案如下：一种矿用复合薄喷材料，由以下质量百分比的组分制成：40％～50％脱炭粉煤灰，0.5％～2％石墨烯纳米粉，15％成膜剂，1％分散助剂，0.2％～0.4％增稠剂，1％～2％硅烷偶联剂，余量为水。优选的，所述矿用复合薄喷材料，由以下质量百分比的组分制成：40％脱炭粉煤灰，2％石墨烯纳米粉，15％成膜剂，1％分散助剂，0.4％增稠剂，2％硅烷偶联剂，余量为水。所述石墨烯纳米粉直径为10～50μm。所述成膜剂为ZT-8701高模数硅酸钾，稳定性好，耐水性能优异，附着力强，干燥速度快，成膜不易龟裂，施工性能好。所述分散助剂为十二烷基苯磺酸钠(SDS)或十二烷基硫酸钠(SDBS)，具有良好的表面活性，亲水性较强,润湿时具有突出的黏性和可塑性，干燥后表面收缩小，基本无裂纹，能够显著改善涂料的流平性和悬浮性。所述增稠剂为聚丙烯酸钠，涂膜性能优异，可作为良好的增稠剂，耐水耐化学性较好、干燥快、施工方便。本专利技术还提供上述矿用复合薄喷材料的制备方法，具体步骤如下：步骤一，按配比将石墨烯纳米粉和硅烷偶联剂放入一定量的水中，在1200～1500r/min转速下搅拌10min，随后超声分散30min，得到较稳定的石墨烯分散液；步骤二，将成膜剂加入到石墨烯分散液中，在1600～2000r/min转速下搅拌20min，得到基料；步骤三，依次将分散助剂、增稠剂加入基料中，最后加入脱炭粉煤灰，将所得的混合液在1600～2000r/min下搅拌20min，储存备用。本专利技术的目的之三是提供上述矿用复合薄喷材料的使用方法，施工简单快速，方便输送。本专利技术提供的上述矿用复合薄喷材料的使用方法，具体步骤是：将配制好的复合薄喷材料置于喷射机开放式的料仓，在需要堵漏的地点使用喷涂材料时，先行清理作业现场，拆除作业面障碍物，清除开挖面的浮石、墙角的岩渣、堆积物；埋设控制喷射水泥基浆液厚度的标志；清洗煤岩壁、金属网，并使其材料喷涂均匀；每层喷浆完成后，间隔1～2d，待原喷层完全干燥后再进行二次复喷堵漏，使涂层结构更加稳定。与现有技术相比，本专利技术具有如下有益效果：1.本专利技术的薄喷材料克服了传统喷涂材料体系中低效、高耗及污染严重等缺点，既能达到传统喷浆的作用效果，并且能够快速施工，大幅提高掘进速度；施工时低粉尘、不回弹，绿色环保且节省材料；柔性好、不易开裂，既使开裂也不片落伤人，安全可靠；2.本专利技术的薄喷材料具有阻燃性能好、抗氧化性能良好、密封性强、堵漏效果好的特点，能够有效抑制煤壁氧化，阻燃防静电，在一定期限内封堵瓦斯，减缓瓦斯超限；3.薄喷过程中，喷射支护手段易于掌握和控制，适应性强，操作简单，有效降低了施工劳动强度，提高了施工速度；4.薄喷工艺系统移动灵活，方便输送，减少了大量的辅助运输及其它辅助工作量，对缓解矿井井下运输具有实际意义；5.薄喷封闭性好、表面光滑，有利于矿井通风。6.薄喷技术为矿井的高产高效及加快巷道的开拓与维护速度提供了保证，不仅具有显著的经济效果，而且具有良好的社会效益和广泛的应用前景。附图说明图1是本专利技术的矿用复合薄喷材料的制备工艺流程图。图2是本专利技术的矿用复合薄喷材料在避难硐室瓦斯治理的应用示意图。图3是薄喷前后避难硐室瓦斯分数对比图。图4是本专利技术的矿用复合薄喷材料针对巷道加固实施例图。图5是本专利技术的矿用复合薄喷材料对上下隅角堵漏实施例图。图中，1-锚喷支护层，2-功能层，3-封闭层，4-装饰层，5-硐室，6-金属网，7-巷道壁面，8-喷头，9-上隅角金属网，10-下隅角金属网，11-端头支架，12-薄喷涂层。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术作进一步详细说明。实施例1一种矿用复合薄喷材料，由以下质量百分比的组分制成：50％脱炭粉煤灰，0.5％石墨烯纳米粉，15％ZT-8701高模数硅酸钾，1％十二烷基苯磺酸钠，0.2％聚丙烯酸钠，1％硅烷偶联剂，余量为水。实施例2一种矿用复合薄喷材料，由以下质量百分比的组分制成：45％脱炭粉煤灰，1％石墨烯纳米粉，15％ZT-8701高模数硅酸钾，1％十二烷基硫酸钠，0.3％聚丙烯酸钠，1％硅烷偶联剂，余量为水。实施例3一种矿用复合薄喷材料，由以下质量百分比的组分制成：40％脱炭粉煤灰，2％石墨烯纳米粉，15％ZT-8701高模数硅酸钾，1％十二烷基苯磺酸钠，0.4％聚丙烯酸钠，2％硅烷偶联剂，余量为水。其中，脱炭粉煤灰作为无机填料，脱炭处理后的粉煤灰使得煤矿井下巷道喷涂材料抗渗性、粘结强度、抗拉强度都得到有效改善，其微小颗粒填充在浆体空隙中，使毛细空隙“细化”，提高了材料的密实度，降低了吸水率，同时降低了成本。石墨烯纳米粉作为一种新型抗氧化材料，可填充到喷涂材料的孔洞、缺陷及缝隙中，能迅速改变基体的渗透性，降低瓦斯浓度，增强涂层屏蔽效应的作用，能对煤表面起到抗氧化的作用。直径为10～50μm，纯度大于95wt％，厚度为3nm。ZT-8701高模数硅酸钾作为成膜剂，耐水性能优异，附着力强，干燥速度快，成膜不易龟裂，施工性能好。阴离子表面活性剂作为分散助剂，具有良好的表面活性，亲水性较强,润湿时具有突出的黏性和可塑性，干燥后表面收缩小，基本无裂纹，能够显著改善涂料的流平性和悬本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种矿用复合薄喷材料，其特征在于，由以下质量百分比的组分制成：40％～50％脱炭粉煤灰，0.5％～2％石墨烯纳米粉，15％成膜剂，1％分散助剂，0.2％～0.4％增稠剂，1％～2％偶联剂，余量为水。

【技术特征摘要】
1.一种矿用复合薄喷材料，其特征在于，由以下质量百分比的组分制成：40％～50％脱炭粉煤灰，0.5％～2％石墨烯纳米粉，15％成膜剂，1％分散助剂，0.2％～0.4％增稠剂，1％～2％偶联剂，余量为水。2.根据权利要求1所述的矿用复合薄喷材料，其特征在于，由以下质量百分比的组分制成：40％脱炭粉煤灰，2％石墨烯纳米粉，15％成膜剂，1％分散助剂，0.4％增稠剂，2％偶联剂，余量为水。3.根据权利要求1或2所述的矿用复合薄喷材料，其特征在于，所述石墨烯纳米粉直径为10～50μm。4.根据权利要求1或2所述的矿用复合薄喷材料，其特征在于，所述成膜剂为ZT-8701高模数硅酸钾。5.根据权利要求1或2所述的矿用复合薄喷材料，其特征在于，所述分散助剂为十二烷基苯磺酸钠或十二烷基硫酸钠。6.根据权利要求1或2所述的矿用复合薄喷材料，其特征在于，所述增稠剂为聚丙烯酸钠。7.一种权利要求1或2所述的矿用复合薄喷材料...

【专利技术属性】
技术研发人员：蒋曙光，奚弦，吴征艳，史全林，王凯，邵昊，张卫清，郭朝伟，郝海清，
申请(专利权)人：中国矿业大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32