[发明专利]一种支撑改性型聚氨酯封孔材料

说明书

技术领域

本发明属于矿用材料技术领域，具体涉及一种支撑改性型聚氨酯封孔材料。

背景技术

瓦斯抽采是煤矿瓦斯治理与利用的根本措施和主要途径。目前煤矿主要采用的瓦斯抽采技术为：沿煤层走向每隔一定距离打抽采钻孔，然后直接与抽采管路连接。但由于气密性不好、抽采时间短，导致瓦斯抽采浓度和抽采量不高，很多情况下抽采的瓦斯体积分数一般在10～30%左右。因此做好抽采钻孔的封孔、提高抽采效果，是目前瓦斯抽采急待解决的问题，同时也更利于瓦斯抽采后的综合利用。煤矿抽采的瓦斯未能得到有效的利用，其中一个很重要的原因就是抽采出的煤矿瓦斯中低浓度瓦斯占很大比例，大部分低浓度瓦斯因缺乏利用价值而被排放到大气中去，不但造成浪费而且还造成环境污染。

目前瓦斯抽采钻孔封孔材料主要有水泥砂浆和聚氨酯两种。采用水泥砂浆作为封孔材料的操作方法如下：用一定比例的水泥和砂掺水配成水泥砂浆，利用手工封孔或机械泵封孔，完毕后隔24～36h，待水泥凝固后才能连管进行抽放。水泥砂浆法施工周期长，而且脱水凝固后易产生收缩变形和开裂，封孔材料与钻孔孔壁和封孔管间产生裂隙。尤其是水泥砂浆的弹性形变能力差，钻孔壁内由于采动应力产生微小裂隙，封孔材料难以挤压充填。瓦斯负压抽采时巷道空气进入抽采管形成气体短路，降低了瓦斯抽放浓度。

而采用聚氨酯作为封孔材料的操作方法是使用双组分聚氨酯发泡材料，使双组分按一定比例混配后，用棉纱或毛巾在胶液中浸润后固定在抽采管管上迅速塞入钻孔中，胶液在钻孔与抽采管之间的开放空间内发生化学反应，发泡、自由膨胀而固化成发泡材料。该产品发泡率高，材料固化时间短，具有优异的抗腐蚀、耐老化和密封性能。该产品与钢铁、塑料等管材、矿石、硬质煤层等材料有较强的黏合力。与水泥砂浆封孔材料相比，具有用料少、携带方便、封孔速度快、省力等优点。

因此聚氨酯封孔材料已得到普遍应用，有取代水泥砂浆的趋势。但是聚氨酯封孔材料也存在一些缺陷，主要是该类封孔材料具有很大的弹性和可压缩性，煤层钻孔作为一个小型全煤巷道，在地应力和采掘干扰情况下必然发生变形和蠕变。发泡后聚氨酯的硬度远远小于煤层硬度，对钻孔形不成有效支护作用，导致封孔段钻孔周围在封孔之后继续产生裂隙（后期漏气通道），同时发泡聚氨酯自身随时间延长易产生萎缩和开裂。因此以上两种原因导致瓦斯抽采浓度偏低，抽采浓度衰减过快，在很大程度上降低了瓦斯抽采效果。

综上所述，针对现有聚氨酯封孔材料的缺点，目前急需提高聚氨酯封孔材料的力学性能及耐收缩性能以提高瓦斯抽采效果。

发明内容

本发明主要解决的技术问题：针对现有聚氨酯封孔材料具有很大的弹性和可压缩性，使用时发生变形和蠕变，对钻孔形不成有效支护作用，导致封孔段钻孔周围在封孔之后继续产生裂隙，且材料自身随时间延长易产生萎缩和开裂的缺陷，提供了一种支撑改性型聚氨酯封孔材料。

为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：

一种支撑改性型聚氨酯封孔材料，由45～50重量份组分A和10～15重量份组分B组成，将组分A和组分B搅拌混合并静置发泡后，自然固化3～5h，制备得一种支撑改性型聚氨酯封孔材料；

所述的组分A组成重量份为：由45～50份聚醚多元醇330N、0.5～1.0份N,N-二甲基环己烷、2～3份发泡剂AES和10～15份改性颗粒组成；

所述的组分B组成重量份为：由45～50份六亚甲基二异氰酸酯和10～15份改性颗粒组成。

所述的改性颗粒制备步骤为：

（1）按质量比1:10，将氯化镁添加至去离子水中，调节pH至5.0，得氯化镁混合液，将氯化镁混合液添加至结晶器中，水浴加热后，对结晶器中滴加1mol/L碳酸钠溶液；

（2）待滴加完成后，静置冷却、过滤得滤饼，洗涤、干燥得前驱体颗粒，将前驱体颗粒煅烧后，静置冷却至室温，得煅烧颗粒；

（3）按重量份数计，分别称量45～50份煅烧颗粒，15～20份海泡石和1～2份粉煤灰置于球磨罐中，球磨过筛得球磨混合粉末；

（4）按重量份数计，分别称量45～50份丙烯酸、1～2份过硫酸钾、35～40份N,N’亚甲基双丙烯酰胺、10～15份球磨混合粉末和100～120份去离子水搅拌混合，水浴加热后静置冷却至室温，过滤得滤渣，洗涤、干燥，碾磨过100目筛，得改性颗粒。

步骤（1）所述的调节pH采用的是质量分数10%盐酸。

步骤（1）所述的碳酸钠溶液滴加量为氯化镁混合液质量的2倍。