[发明专利]煤矿用聚氨酯加固和充填材料

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于煤矿及相关行业中对煤（岩）体进行粘结加固和充填的材料，更具体地说是涉及一种聚氨酯加固和充填材料。

背景技术

在矿山压力作用下，巷道围堰、顶板、工作面等尤其是松散煤（岩）体极易塌冒，给生产安全带来隐患。特别是随着大型综采设备的普及，煤矿开采过程中需要对开采巷道、硐室、工作面和顶板等进行维护。

注浆技术从20世纪50年代以来，已广泛应用于各类岩土工程。注浆材料分为水泥类和化学类材料，分别用于不同的工程类型。20世纪70年代，德国、美国、独联体、法国、波兰等采煤技术先进国家先后开发了化学注浆材料用于加固煤岩体和井下防火、堵漏风。德国、美国以聚氨酯材料为主，独联体、法国、波兰主要使用脲醛树脂。材料年消耗量均在数千到上万吨以上，有效改善了破碎煤岩体的整体稳定性，为矿井安全和高效生产提供了保障。

20世纪70年代以后，随着我国水利水电工程的迅猛发展，我国岩土注浆技术也已得到广泛应用。化学浆液有：环氧类、聚氨酯类、丙烯酰胺类、甲醛树脂类、水玻璃类等。但上述材料不能直接应用到矿山，特别是不能满足煤矿井下生产的需要。主要表现为以下几点。

1、煤矿井下环境潮湿，直接影响增水材料的使用。

2、加固后的破碎煤岩体要受一次甚至多次剧烈的采动矿山压力影响，材料固结后的体积收缩、粘结强度及抗压强度要求高。

3、生产安全要求，使用的加固材料必须具备高闪点、阻燃特性。

4、井下通风空间有限，要求材料析出的有害成分严格，以防对矿井造成污染。

5、井下破碎煤岩体虽有原生或采动影响形成的裂隙，但裂隙宽度小，难以采用无机类加固材料。

6、材料应具有速凝特性，实现化学加固与采掘施工快速推进相结合。

7、在煤矿掘进过程中以及回采作业遇到断层时，不可避免地会产生冒落，并在架后形成冒落孔洞，经常造成瓦斯积聚，需要有发泡材料进行充填。

我国煤矿通常采用在冒落地点架木垛、填砂浆等方法进行处理，但这些方法费时、费力、施工难度大，且不能保证真正消除事故隐患。因此，开发为煤矿井下加固、充填、密闭使用的泡沫材料很有必要，也必将取得很好的社会效益和经济效益。

发明内容

本发明的目的是提供一种煤矿用聚氨酯加固和充填材料，以满足煤矿安全生产的需求。

本发明提供的煤矿用聚氨酯加固和充填材料为双组份材料，由各自独立的A组分和B组分分别组成，且A组分与B组分的质量比为1～2︰1。

所述的A组分为多亚甲基多苯基异氰酸酯（PAPI），是一种官能度大于2的异氰酸酯与二苯基甲烷二异氰酸酯组成的混合物。

所述的B组分由聚醚多元醇33～70wt%、聚酯多元醇0～40wt%、复合催化剂0.1～1.5wt%、复合阻燃剂6～30wt%、发泡剂0～15wt%、稳定剂0.5～2.5wt%、稳泡剂0.5～10wt%、抗静电剂0.1～5wt%、增塑剂5～25wt%混合，在30～50℃搅拌反应0.5～2小时得到。

其中，所述的聚醚多元醇为不少于一种的官能度2以上的羟值为350～400mgKOH/g的聚醚多元醇，如DL-400、DV-125、YD-4450、YD-982等。

所述的聚酯多元醇为羟值300～350mgKOH/g的芳香族聚酯多元醇及改性芳香族聚酯多元醇中的一种或一种以上的混合物，如YZ-350、YZ-320等。

所述的复合催化剂是由叔胺类催化剂与有机锡类催化剂按照10︰0.8～1.1的质量比复合而成的，其中，所述的叔胺类催化剂可以是N,N-二甲基环己胺、三乙烯二胺、五甲基二乙烯三胺等，所述的有机锡类催化剂可以是二月桂酸二正辛基锡、辛酸亚锡、二醋酸二丁基锡等。

所述的复合阻燃剂是由三(β-氯乙基)磷酸酯（TCEP）与甲基膦酸二甲酯（DMMP）按照1︰2～5的质量比复合而成的。

所述的发泡剂使用物理发泡剂，如二氯甲烷、氟氯碳化物类或它们的混合物。

所述的稳定剂为有机硅油均泡剂或有机烯类化合物，或者它们的混合物。

通常，加入的抗静电剂是阳离子型抗静电剂，优选长链烷基季铵盐类抗静电剂。

本发明的增塑剂优选苯二甲酸酯类增塑剂，如邻苯二甲酸二丁酯、邻苯二甲酸二异丁酯等。事实上，作为复合阻燃剂成分之一的甲基膦酸二甲酯（DMMP）本身也具有增塑剂的作用，也是一种增塑剂。

本发明使用三乙醇胺作为稳泡剂。