CN103626435B - 一种煤岩体用无机充填密闭材料 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种煤岩体用无机充填密闭材料。所述煤岩体用无机充填密闭材料为无机粉体材料，通过加入无机粉体材料总质量40-60％的水，混合搅拌均匀，即可得到现场使用的用于煤岩体充填的密闭材料。每100重量份煤岩体用无机充填密闭材料由36.8-69.1重量份水泥、6.7-15.9重量份早强剂、1.2-3.2重量份发泡剂、2.5-21.6重量份减水剂、8.7-18.1重量份速凝剂和6.4-9.8重量份稳泡剂构成。本发明所述的煤岩体用无机充填密闭材料，具有强度增长快，不开裂，密封性强；无毒无污染，阻燃安全，膨胀倍数高，渗透性强；尤其膨胀倍数高达10倍以上，反应速度快，是用于煤岩体充填的优良密闭材料。

Description

一种煤岩体用无机充填密闭材料

技术领域

本发明涉及一种煤岩体用无机充填密闭材料，具体而言，属于一种矿用密封材料。

背景技术

瓦斯超限引起的瓦斯爆炸产生的有毒有害气体、高温火焰、以及高压气体形成的冲击波，不仅造成大量人员伤亡，严重还会摧毁井巷等设施。治理瓦斯超限最有效的措施是进行瓦斯抽放。瓦斯抽放的技术很多，如底板穿层钻孔瓦斯抽放技术、高位瓦斯抽放巷道抽放技术和高位钻孔瓦斯抽放技术等，但各种瓦斯抽采技术在高瓦斯及突出矿井应用后，遗留了大量的钻场，如果不对这些钻场进行充填，很容易造成瓦斯积聚同时也可能引起煤炭自然发火，形成安全隐患。因此，困扰煤矿安全生产的主要安全问题之一，是密闭墙的构建和破碎煤岩体的密闭以及采空区充填等难题。

另外在采煤工作面的上隅角、采空区及废弃的井巷等空硐，也存在上述问题，采取一定的充填封闭措施，可以有效地防治井下瓦斯积聚以及煤炭自燃。

对于井下空穴填充，上下隅角封堵，防瓦斯密闭墙的填充制作等需要，传统技术普遍存在效率低下、费工费时等问题。常用的充填方式有：水泥浆充填、木垛充填、煤炭充填、有机材料充填和凝胶充填等，水泥浆充填使用普遍且效果好，但建设周期长，劳动强度大；而木垛充填和煤炭充填又存在充填不严实、浪费能源等缺点；凝胶和有机材料充填时效期短、价格昂贵，且材料本身可燃、反应发热量大，使用较谨慎。

市场上的酚醛类新型高分子发泡填充材料，虽然能够较好解决问题，但其材料价格高、使用成本不经济，限制了其广泛使用。

有鉴于此，开发新的无机充填材料，用来充填煤矿井下钻场、上隅角等空硐，对井下支护和空穴空洞等位置，进行快捷高效经济的密封处理，实为迫切需要。

发明内容

本发明提供了一种煤岩体用无机充填密闭材料。

所述煤岩体用无机充填密闭材料为无机粉体材料，通过加入无机粉体材料总质量40-60％的水，混合搅拌均匀，即可得到现场使用的用于煤岩体充填的密闭材料。

所述煤岩体用无机充填密闭材料由水泥、早强剂、发泡剂、减水剂、速凝剂和稳泡剂构成。每100重量份煤岩体用无机充填密闭材料中，各组分含量比例为：

水泥：36.8-69.1重量份

早强剂：6.7-15.9重量份

发泡剂：1.2-3.2重量份

减水剂：2.5-21.6重量份

速凝剂：8.7-18.1重量份

稳泡剂：6.4-9.8重量份。

上述组成，以井下特殊环境为主要考虑因素，结合部分无需承压的实际情况，整合水泥的耐火性好、反应快速效率较高、泡沫尺寸稳定性优良、环保无污染等特殊优势，提供了力学性能较好，阻燃性高、发泡倍数高的密闭填充材料。

本发明所述的重量份可以是吨、Kg、斤等常用的重量/质量单位。

水泥，粉状水硬性无机胶凝材料，加水搅拌成浆体后能在空气或水中硬化，用以将砂、石等散粒材料胶结成砂浆或混凝土。

在本发明所述煤岩体用无机充填密闭材料中，水泥是主体成分，是充填结构的支持部分。其可以选自快硬与高强硅酸盐水泥、快硬硫铝酸盐和铁铝酸盐水泥、氟铝酸盐快硬水泥、硫铝酸钡钙水泥、磷铝酸盐水泥、阿利尼特水泥和明矾石高强水泥中的一种或几种混合。

优选使用硅酸盐325水泥、高矾土水泥、硅酸盐425水泥、超高强度硫铝酸盐水泥。这些水泥的颗粒平均粒径优选0.04mm，比表面积优选大于300m²/Kg。

每100重量份煤岩体用无机充填密闭材料中，水泥优选为51.9-59.8重量份。

早强剂选自以下物质中的一种或几种：

氯化钙、氯化钠、氯化铝、钠、硫酸钾、硫酸钙、亚硝酸钙、硝酸钙、尿素、硝酸钙/尿素、亚硝酸钙/硝酸钙/尿素、亚硝酸钙/硝酸钙/氯化钙、亚硝酸钙/硝酸钙/氯化钙/尿酸、三乙醇胺、甲酸钙、乙酸和乙酸盐。优选使用亚硝酸钙、硝酸钙或尿素。

每100重量份煤岩体用无机充填密闭材料中，早强剂优选为9.4-12.3重量份。

发泡剂对本发明所述煤岩体用无机充填密闭材料有重要作用，是充填密封效果实现的重要条件。可使用偶氮二甲酰胺、偶氮二异丁腈(简称ABN或ABIN)、偶氮二羧酸钡、N，N′-二亚硝基五次甲基四胺(发泡剂DPT)、N，N′-二亚硝基对苯二甲酰胺(简称NTA)、对甲苯磺酰肼(简称发泡剂TSH)、苯基磺酰肼(简称BSH)、4，4’-对磺酰肼二苯醚(简称OBSH)和碳酸氢钠中的一种或几种。

发泡剂优选偶氮二异丁腈和N，N′-二亚硝基五次甲基四胺。

每100重量份煤岩体用无机充填密闭材料中，发泡剂优选为1.9-2.7重量份。

减水剂是指在混凝土和易性及水泥用量不变条件下，能减少拌合用水量、提高混凝土强度；或在和易性及强度不变条件下，节约水泥用量的外加剂。

本发明所用减水剂选自以下物质中的一种或几种：

木质素磺酸钠盐减水剂、萘系高效减水剂、脂肪族高效减水剂、氨基高高效减水剂和聚羧酸高效减水剂。优选木质素磺酸钠盐减水剂、氨基高高效减水剂或聚羧酸高效减水剂。

每100重量份煤岩体用无机充填密闭材料中，减水剂优选为8.3-12.1重量份。

速凝剂选自8880型水泥速凝剂或782速凝剂。每100重量份煤岩体用无机充填密闭材料中，速凝剂优选为11.1-14.6重量份。

稳定剂选自以下物质中的一种或几种混合：

十二烷基硫酸钠(K12)、脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠(AES)、聚丙烯酰胺、聚乙烯醇、蛋白、多肽、淀粉和纤维素。优选聚乙烯醇或聚丙烯酰胺。每100重量份煤岩体用无机充填密闭材料中，稳定剂优选为7.2-8.7重量份。

本发明所述的煤岩体用无机充填密闭材料，具有强度增长快，不开裂，密封性强；无毒无污染，阻燃安全，膨胀倍数高，渗透性强；尤其膨胀倍数高达10倍以上，反应速度快，是用于煤岩体充填的优良密闭材料。

具体实施方式

实施例1

备料：

1)硅酸盐325水泥69.1Kg，

2)亚硝酸钙6.7Kg，

3)N，N′-二亚硝基五次甲基四胺(发泡剂DPT)3.2Kg，

4)木质素磺酸钠盐减水剂2.5Kg，

5)8880型水泥速凝剂8.7Kg，

6)聚丙烯酰胺9.8Kg；

将上述原料依次加入到干粉混料器中混合15min，然后向混合料中加入50Kg水，混合搅拌均匀，即得煤岩体用无机充填密闭材料。其性能指标如下：

凝结时间：114s

发泡倍数：15倍

28天抗压强度：1.8Mpa。

实施例2

备料：

1)高矾土水泥59.8Kg，

2)硝酸钙9.4Kg，

3)偶氮二异丁腈2.7Kg，

4)氨基高效减水剂8.3Kg，

5)8880型水泥速凝剂11.1Kg，

6)聚丙烯酰胺8.7Kg；

将上述原料依次加入到干粉混料器中混合15min，然后向混合料中加入40Kg水，混合搅拌均匀，即得煤岩体用无机充填密闭材料。其性能指标如下：

凝结时间：92s

发泡倍数：11倍

28天抗压强度：3.5Mpa。

实施例3

备料：

1)硅酸盐425水泥51.9Kg，

2)尿素12.3Kg，

3)N，N′-二亚硝基五次甲基四胺(发泡剂DPT)1.9Kg，

4)木质素磺酸钠盐减水剂12.1Kg，

5)782速凝剂14.6Kg，

6)聚乙烯醇7.2Kg；

将上述原料依次加入到干粉混料器中混合15min，然后向混合料中加入60Kg水，混合搅拌均匀，即得煤岩体用无机充填密闭材料。其性能指标如下：

凝结时间：56s

发泡倍数：13倍

28天抗压强度：7.9Mpa。

实施例4

备料：

1)超高强度硫铝酸盐水泥36.8Kg，

2)硝酸钙15.9Kg，

3)N，N′-二亚硝基五次甲基四胺(发泡剂DPT)1.2Kg，

4)聚羧酸高效减水剂21.6Kg，

5)782速凝剂18.1Kg，

6)聚乙烯醇6.4Kg；

将上述原料依次加入到干粉混料器中混合15min，然后向混合料中加入50Kg水，混合搅拌均匀，即得煤岩体用无机充填密闭材料。其性能指标如下：

凝结时间：45s

发泡倍数：12倍

28天抗压强度：15.6Mpa。

Claims (7)

1.一种煤岩体用无机充填密闭材料，所述煤岩体用无机充填密闭材料为无机粉体材料，通过加入无机粉体材料总质量40-60％的水，混合搅拌均匀，即可得到现场使用的用于煤岩体充填的密闭材料，其特征在于，所述煤岩体用无机充填密闭材料由水泥、早强剂、发泡剂、减水剂、速凝剂和稳泡剂构成；每100重量份煤岩体用无机充填密闭材料中，各组分含量为：

水泥：36.8-69.1重量份

早强剂：6.7-15.9重量份

发泡剂：1.2-3.2重量份

减水剂：2.5-21.6重量份

速凝剂：8.7-18.1重量份

稳泡剂：6.4-9.8重量份。

2.根据权利要求1所述的煤岩体用无机充填密闭材料，其特征在于，所述水泥为快硬与高强硅酸盐水泥、快硬硫铝酸盐和铁铝酸盐水泥、氟铝酸盐快硬水泥、硫铝酸钡钙水泥、磷铝酸盐水泥、阿利尼特水泥和明矾石高强水泥中的一种或几种混合；水泥的颗粒平均粒径为0.04mm，比表面积大于300m²/Kg。

3.根据权利要求2所述的煤岩体用无机充填密闭材料，其特征在于，所述水泥为硅酸盐325水泥和硅酸盐425水泥中的一种或两种混合。

4.根据权利要求2或3所述的煤岩体用无机充填密闭材料，其特征在于，每100重量份煤岩体用无机充填密闭材料中，水泥为51.9-59.8重量份。

5.根据权利要求1所述的煤岩体用无机充填密闭材料，其特征在于，早强剂选自以下物质中的一种或几种：氯化钙、氯化钠、氯化铝、硫酸钾、硫酸钙、亚硝酸钙、硝酸钙、尿素、硝酸钙/尿素、亚硝酸钙/硝酸钙/尿素、亚硝酸钙/硝酸钙/氯化钙、亚硝酸钙/硝酸钙/氯化钙/尿酸、三乙醇胺、甲酸钙、乙酸和乙酸盐；每100重量份煤岩体用无机充填密闭材料中，早强剂为9.4-12.3重量份。

6.根据权利要求5所述的煤岩体用无机充填密闭材料，其特征在于，所述早强剂为亚硝酸钙、硝酸钙或尿素。

7.根据权利要求1所述的煤岩体用无机充填密闭材料，其特征在于，发泡剂为偶氮二甲酰胺、偶氮二异丁腈、偶氮二羧酸钡、N，N′-二亚硝基五次甲基四胺、N，N′-二亚硝基对苯二甲酰胺、对甲苯磺酰肼、苯基磺酰肼、4，4’-对磺酰肼二苯醚和碳酸氢钠中的一种或几种。