[发明专利]一种高强度低放热矿用阻燃注浆加固材料及其制备方法

说明书

一、技术领域

本发明涉及一种高强度低放热矿用阻燃注浆加固材料及其制备方法，特别适用于厚松散含水层下的煤岩体加固。

二、背景技术

我国华东、华北等矿区许多煤矿的第四系厚表土层的底部存在一层以非胶结砂土、砂砾岩为骨架组成的松散含水层，其特点为：一是直接赋存在煤系基岩顶部界面上，二是水压高。受采动矿山压力和高水压共同作用，采煤工作面易发生压架、突水等致灾事故。目前煤矿行业主要采用化学注浆加固技术，利用气压将化学注浆材料均匀注入到具有裂隙的煤岩体中，浆液把煤岩体胶结成一个整体，从而达到煤岩加固的目的，被广泛地应用于煤岩体的加固。常用的煤岩体加固用注浆材料主要有聚氨酯类、环氧树脂类、酚醛树脂类、丙烯酸盐类、脲醛树脂类等。其中环氧树脂类加固剂具有良好的粘接性，固化收缩率小，在固化中不产生气体，但浆体僵硬，柔韧不足；丙烯酸盐类可灌性好，浆液胶凝时间可控，但抗压强度较低。聚氨酯类注浆材料虽凝固时间可调，相比于有机类的其他注浆材料在粘接性能、抗压强度等方面都有很大优势，但其在含水层下异氰酸酯遇水反应剧烈发泡导致固结体强度低，反应放热量大，导致最高反应温度较高，阻燃性降低；并且过高的反应放热会使井下矿层中的水气化形成水雾，影响正常生产操作；还会使煤炭的理化性质产生变化，甚至变质。

三、发明内容

本发明提出一种适用于厚松散含水层下煤岩体加固用的高强度低放热矿用阻燃注浆加固材料及其制备方法，将环氧树脂、酚醛树脂以一定比例与聚氨酯固化体系并用形成三元互穿网络体系，可以显著提高注浆加固材料的强度，降低反应放热温度，改善阻燃性能等，从而更好地满足在厚松散含水层下的岩层和煤层加固需求。

本发明解决技术问题采用如下技术方案：

本发明高强度低放热矿用阻燃注浆加固材料的原料按质量份数构成为：

组份A：异氰酸酯预聚体      60-80份；

       阻燃剂              10-38份；

       抗静电剂            2-3份；

组份B：聚醚多元醇          30-40份，

       催化剂              0.1-0.5份，

       稀释剂              10-25份，

       环氧树脂            10-30份，

       酚醛树脂            10-25份。

所述异氰酸酯预聚体为多亚甲基多苯基多异氰酸酯或/和二苯基甲烷-4,4′-二异氰酸酯与聚醚多元醇N303或/和聚醚多元醇N204反应得到的预聚体。

所述阻燃剂为磷酸三（β-氯乙基）酯。

所述抗静电剂为季铵盐类聚氨酯抗静电剂，优选抗静电剂catafor PU。

所述聚醚多元醇为聚醚多元醇N303或/和聚醚多元醇N204，若为两种时比例任意。

所述催化剂为二月桂酸二丁基锡或/和辛酸亚锡，若为两种时，比例任意。

所述稀释剂为1,4-丁二醇二缩水甘油醚和/或聚丙二醇二缩水甘油醚，若为两种时，比例任意。

所述环氧树脂为双酚A型环氧树脂，环氧值为0.51-054。

所述酚醛树脂为数均分子量600-1500的液态酚醛树脂预聚体。

组份A各原料混合后得到的混合料A与组份B各原料混合后得到的混合料B之间的体积比为1:1。

本发明注浆加固材料是按以下步骤制备的：

1）异氰酸酯预聚体的制备：将聚醚多元醇N303或/和聚醚多元醇N204加入反应釜中，升温到110-120℃，在真空度5mmHg下脱水2个小时，得到脱水聚醚多元醇；降温到60℃，解除真空，将多亚甲基多苯基多异氰酸酯或/和二苯基甲烷-4,4′-二异氰酸酯加入到脱水聚醚多元醇中，多亚甲基多苯基多异氰酸酯或/和二苯基甲烷-4,4′-二异氰酸酯中异氰酸根的物质的量与聚醚多元醇N303或/和聚醚多元醇N204中羟基的物质的量之比为1.05:1-0.95:1之间，控制反应在50-70℃进行，1.5-2小时停止反应，即得到异氰酸酯预聚体。

2）混合料A的制备：将配比量的异氰酸酯预聚体、阻燃剂和抗静电剂依次加入反应釜中，室温下搅拌0.5-1小时，得到混合料A；

3）混合料B的制备：将配比量的聚醚多元醇、稀释剂和酚醛树脂依次加入反应釜中，室温下搅拌0.5-1小时，然后向反应釜中加入环氧树脂，室温下继续搅拌0.5-1小时，再向反应釜中加入催化剂，室温下搅拌0.5-1小时后得到混合料B；