一种具备导热功能的安全型复合注浆加固材料及制备方法技术

本发明专利技术公开了一种具备导热功能的安全型复合注浆加固材料及制备方法。本发明专利技术注浆加固材料包括独立包装的A组分和B组分；所述A组分由硅酸盐水溶液、表面活性剂和催化剂组成；所述B组分由多苯基多甲基多异氰酸酯、聚醚多元醇、羟基酚酞型聚醚接枝的碳纳米管和增塑剂制成。本发明专利技术通过羟基酚酞型聚醚接枝的碳纳米管改性硅酸盐/聚氨酯复合材料，材料内部形成导热网络，具有优异的导热性能，注浆加固后芯点热量快速导出，避免热量聚积，有效降低了固化物芯点温度。物芯点温度。

【技术实现步骤摘要】
一种具备导热功能的安全型复合注浆加固材料及制备方法


[0001]本专利技术属于煤矿注浆加固
，具体涉及一种具备导热功能的安全型复合注浆加固材料及其制备方法。

技术介绍

[0002]随着注浆加固技术和实践的不断发展，化学注浆加固材料在解决综采工作面冒顶、片帮等安全问题时有不可替代的作用。因反应迅速、强度增长快，化学注浆加固材料具有较强的时效性，注浆后可快速实现破碎煤岩体加固，利于割煤机快速推进。化学注浆加固材料一般是双组分浆液，混合后浆液被迅速压入煤岩体裂隙，浆液反应后将破碎煤岩体固结为一体，显著提高了煤岩体的完整性和承载力。加固机理主要包括充填压密、粘结不强、网络骨架和转换破坏机制等。除了地质条件和施工技术，化学注浆加固材料性能是影响注浆加固效果的主要因素。
[0003]目前，在采掘工作面以超前注浆的方式进行加固，应用最广泛的化学注浆加固材料是聚氨酯材料。聚氨酯材料优点主要包括浆液粘度低扩散半径大、粘结性能好、力学强度高等。化学浆液反应放热导致应用在采煤工作面具有一定安全风险，尤其注浆加固易自然煤层时。聚氨酯注浆加固材料主要由聚醚多元醇、异氰酸酯、催化剂和添加剂构成，聚醚多元醇与异氰酸酯反应将放出极大热量。直径50mm、高100mm聚氨酯小试块芯点最高反应温度在120℃左右，随着剂量加大，固化物芯点温度将直线升高。研究表明，注浆量越大反应放热越多，因聚氨酯导热系数低，其内部聚集的热量越多。当注浆量为500kg时，其芯点最高反应温度已升高至140℃，温度降低至煤层自燃温度以下需耗时约76h，若降低到室温大概需要17天。上述聚氨酯材料性能还是在配方设计科学合理的前提下，若配方设计存在缺陷、注浆量达到数吨时，其芯点温度甚至高达300℃，已出现烧芯现象，这将给破碎煤体注浆带来极大安全隐患。一旦出现明火，再遇到易自然煤层和高瓦斯矿井，可能会出现煤矿爆炸，直接威胁煤矿生命财产安全。因此，开发一种具备导热功能的安全型注浆加固材料以势在必行。

技术实现思路

[0004]为了解决聚氨酯体系在反应放热、导热方面固有性能缺陷，本专利技术目的是提供一种具备导热功能的安全型复合注浆加固材料及制备方法。
[0005]为了实现上述目的，本专利技术提供的技术方案如下：
[0006]本专利技术提供的一种注浆加固材料，包括独立包装的A组分和B组分；
[0007]所述A组分由硅酸盐水溶液、表面活性剂和催化剂组成；
[0008]所述B组分由多苯基多甲基多异氰酸酯、聚醚多元醇、羟基酚酞型聚醚接枝的碳纳米管和增塑剂制成。
[0009]进一步地，所述A组分中各组分的质量份数如下：
[0010]硅酸盐水溶液80～97份、表面活性剂1～5份、催化剂0.5～1.5份；
[0011]所述B组分中各组分的质量份数如下：
[0012]多苯基多甲基多异氰酸酯60～90份、聚醚多元醇5～15份、羟基酚酞型聚醚接枝的碳纳米管0.5～5份、增塑剂8～25份。
[0013]所述注浆加固材料具体可为下述1)
‑
2)中的任一种：
[0014]1)所述注浆加固材料包括独立包装的A组分和B组分；
[0015]所述A组分的质量份数如下：
[0016]硅酸盐水溶液85份、表面活性剂2.5份、催化剂1.5份；
[0017]所述B组分的质量份数如下：
[0018]多苯基多甲基多异氰酸酯70份、聚醚多元醇18份、羟基酚酞型聚醚接枝的碳纳米管3.5份、增塑剂8.5份；
[0019]2)所述注浆加固材料包括独立包装的A组分和B组分；
[0020]所述A组分的质量份数如下：
[0021]硅酸盐水溶液96份、表面活性剂2.5份、催化剂1.5份；
[0022]所述B组分的质量份数如下：
[0023]多苯基多甲基多异氰酸酯70份、聚醚多元醇18份、羟基酚酞型聚醚接枝的碳纳米管3.5份、增塑剂8.5份。
[0024]本专利技术注浆加固材料在使用时将所述A组分和B组分现场混合均匀。
[0025]优选地，所述A组分和所述B组分的体积比为(0.8～1.2)：1，具体可为1：1。
[0026]上述的注浆加固材料中，所述硅酸盐水溶液中的硅酸盐为硅酸钠和硅酸锂，优选质量比为5～10：1的硅酸钠和硅酸锂，比如，质量比为85：11的硅酸钠水溶液和硅酸锂水溶液；
[0027]所述硅酸钠水溶液的模数可为2.4～2.8，如2.5，波美度可为40
°
B
é
～50
°
B
é
，如48
°
B
é
；
[0028]所述硅酸锂水溶液的模数可为4.5～5.0，如4.8，波美度可为20
°
B
é
～30
°
B
é
，如22
°
B
é
。
[0029]上述的注浆加固材料中，所述表面活性剂可为甘油、烷基糖苷、三羟甲基丙烷和季戊四醇中的一种或几种，如质量比为1.5：1的烷基糖苷和甘油；优选地，所述烷基糖苷为APG1214、APG0816或APG1216。
[0030]上述的注浆加固材料中，所述催化剂可为四甲基己二胺、三甲基羟乙基乙二胺和三乙醇胺中的一种或几种，如质量比为0.6：1的四甲基己二胺和三甲基羟乙基乙二胺。
[0031]上述的注浆加固材料中，所述聚醚多元醇的分子量可为700～2000，如700、1000或2000；所述聚醚多元醇具体可为DL
‑
2000D、DL
‑
1000D和MN700中的一种或几种。
[0032]上述的注浆加固材料中，所述增塑剂可为邻苯二甲酸二辛酯、丁醚醋酸酯和烷基磺酸苯酯中的一种或几种。
[0033]本专利技术进一步提供上述任一项所述的注浆加固材料的制备方法，包括如下步骤：
[0034]将所述硅酸盐的水溶液、所述表面活性剂和所述催化剂混匀，得到所述A组分；
[0035]将所述羟基酚酞型聚醚接枝的碳纳米管均匀分散到所述聚醚多元醇中在50～60℃(如55℃)下搅拌反应20～30min(如25min)，反应结束后将产物与所述多苯基多甲基多异氰酸酯和所述增塑剂混匀，得到所述B组分。
[0036]所述混匀在室温下进行；所述室温为15～40℃，如25℃。
[0037]进一步地，所述搅拌的转速为500～800r/min，如650r/min。
[0038]本专利技术具有如下有益效果：
[0039](1)通过羟基酚酞型聚醚接枝的碳纳米管改性硅酸盐/聚氨酯复合材料，材料内部形成导热网络，具有优异的导热性能，注浆加固后芯点热量快速导出，避免热量聚积，有效降低了固化物芯点温度；(2)体系引入无机硅酸锂溶液，浆液可渗透到煤岩体表面3
‑
5mm深度，显著提高了加固材料的粘结强度；(3)通过科学配方设计，同时具有较高的力学强度；(4)原料不本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种注浆加固材料，包括独立包装的A组分和B组分；所述A组分由硅酸盐水溶液、表面活性剂和催化剂组成；所述B组分由多苯基多甲基多异氰酸酯、聚醚多元醇、羟基酚酞型聚醚接枝的碳纳米管和增塑剂制成。2.根据权利要求1所述的注浆加固材料，其特征在于：所述A组分中各组分的质量份数如下：硅酸盐水溶液80～97份、表面活性剂1～5份、催化剂0.5～1.5份；所述B组分中各组分的质量份数如下：多苯基多甲基多异氰酸酯60～90份、聚醚多元醇5～15份、羟基酚酞型聚醚接枝的碳纳米管0.5～5份、增塑剂8～25份。3.根据权利要求1或2所述的注浆加固材料，其特征在于：所述A组分和所述B组分的体积比为(0.8～1.2)：1。4.根据权利要求1
‑
3中任一项所述的注浆加固材料，其特征在于：所述硅酸盐水溶液中的硅酸盐为硅酸钠和硅酸锂，优选质量比为5～10：1的硅酸钠和硅酸锂；所述硅酸钠水溶液的模数为2.4～2.8，波美度为40
°
B
é
～50
°
B
é
；所述硅酸锂水溶液的模数为4.5～5.0，波美度为20
°
B
é
～30
°
B
é
。5.根据权利要求1

【专利技术属性】
技术研发人员：于潇沣，柏广峰，王玉超，赵昕楠，王继勇，王凯，张豫，李洪蛟，贾萌远，刘雪巍，
申请(专利权)人：煤炭科学技术研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：