專利名稱：煤巖體噴涂密閉材料的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種煤巖體噴涂密閉材料，屬于有機/無機復配材料技術領域。
背景技術：
在我國能源工業中，煤炭占一次性能源生產和消費的70%，所以煤炭在相當長的時期內仍將是我國的主要能源。因此，煤礦安全是我國安全生產工作的重中之重。煤巖體開裂導致瓦斯積聚、漏水、漏風等問題，是影響煤礦安全的主要原因，煤巖體噴涂密閉技術是消除這些災害的方法之一。其通過液壓、氣壓的方法把煤巖體噴涂密閉材料注入到煤巖體的裂縫或孔隙中，然后固化，使煤巖體形成強度高、抗滲性好、穩定性高的新結構體，從而使煤 巖體具有較高的強度(固結作用)；或者使之獲得較低的滲透性(抗滲作用)。礦井漏風不但會減少礦井有效風量，增加主風扇電耗，而且會引起煤炭自燃，造成瓦斯積聚，使通風系統復雜化，降低了礦井的防災、抗災能力，因而煤礦巷道漏風的防治，一直是礦井安全生產的重要課題。巷道防漏風的難點在于漏風面積大，漏風裂隙較為隱蔽且分布廣泛，施工困難。采用噴涂法防漏風，具有直接、高效、經濟的特點，但對噴涂密閉材料的性能要求較高；同時，煤礦井下存在的潮濕、易燃等特殊環境，也對煤巖體噴涂密閉材料有特定的要求:I) 一定的流動性:無論是加固還是充填、堵漏，較低黏度可使煤巖體噴涂密閉材料順利進入施工區域。2)適當的固化時間:煤巖體噴涂密閉材料需要快速固化，以保證施工效果；而加固材料的固化時間太快或太慢，都將不利于施工及其質量。3)足夠的粘結強度:保證其能與縫隙壁之間牢固的粘結。4)良好的抗壓強度:保證被加固被封堵的部位能承受一定的壓力。5)固化時無收縮現象:避免聚合體與縫面的局部脫空，使平均強度降低。6)優異的持久性和防滲透能力:保證在較長時間內，礦井內施工的安全。7)特別的阻燃性:保證其在瓦斯環境中不燃燒、不助燃。此外，煤巖體噴涂密閉材料還要有一定的膨脹性，一方面使材料更好地擴散，一方面能與邊壁更緊密的接觸。加固材料還要有良好的抗沖擊強度。傳統的水泥類材料，雖然具有很好的粘結強度和阻燃性，但普遍存在流動性較差的問題，且固化速度不理想。基于上述現狀，為煤礦安全生產，提供一種性能良好的煤巖體噴涂密封材料，十分必要。
發明內容
本發明的目的在于提供一種煤巖體噴涂密封材料。
本發明所述的煤巖體噴涂密封材料由兩組分構成，其一為高分子乳液，另一組分為高阻燃粉體材料。高分子乳液可以是聚醋酸乙烯乳液、丙烯酸乳液、乙烯-醋酸乙烯(VAE)乳液、丁苯乳液中一種，或是這些乳液中的兩種或兩種以上的乳液，經復配而成的混合乳液。聚醋酸乙烯乳液的粘結力強，硬度低，抗拉伸形變能力較好。所述的乙烯-醋酸乙烯(VAE)乳液優選使用醋酸乙烯含量在70% 95%范圍內的產品。丁苯乳液是由丁二烯與苯乙烯乳液共聚而得，簡稱SBRL。相對密度0.9 1.05。結合苯乙烯量為23 % 85 %，大量生產的丁苯乳液結合苯乙烯量在23 % 25 %，而高苯乙烯乳液(SBR-HSL)結合苯乙烯量則高達80% 85%。一般方法制得的丁苯乳液總固含量為40% 50%，而高固乳液總固含量則在63% 69%。所述的丙烯酸乳液可以是純丙乳液、苯丙乳液或醋丙乳液。純丙乳液具有良好的抗拉伸形變力學性能。苯丙乳液(苯乙烯-丙烯酸酯乳液)是由苯乙烯和丙烯酸酯單體經乳液共聚而得。根據工藝及功能的不同，苯丙乳液主要有以下分類:(I)有機硅改性苯丙乳液有機硅改性苯丙乳液簡稱硅苯丙乳液。有機硅具有優良的耐高低溫、耐紫外線和耐紅外輻射、耐氧化降解等性能，用有機硅對苯丙乳液進行改性，可以明顯提高其耐候性、保光性、彈性和耐久性等。(2)有機氟改性苯丙乳液以有機氟聚合物或氟改性有機聚合物為主要成膜物質的涂料，具有優異的耐候性、耐久性、耐化學品性和防腐性、耐磨性、絕緣性、非豁附性及耐污染性等性能，廣泛地應用于建筑、航空、電子、電氣、機械及家庭日用品、木器家具等領域，是一種集高、新、特于一身的性能優異的涂料，在涂料工業中占有十分重要的地位，享有“涂料王”的美稱。(3)環氧樹脂改性苯丙乳液環氧改性苯丙乳液既具有環氧樹脂高強度、耐腐蝕、附著力強的優點，又具有苯丙乳液的耐候性、光澤好等特點，其涂膜的硬度、耐污染性及耐水性優良，有很大的推廣價值。(4)功能性單體改性苯丙乳液近年來，進一步提高和完善苯丙乳液性能的研究趨活躍，而對體系功能性單體的研究是其中的熱點之一。共聚單體組成一般可分為3部分，第一為軟單體(丙烯酸酯)，玻璃化溫度低，賦予聚合物粘接性能；第二為硬單體(苯乙烯)，玻璃化溫度高，賦予聚合物內聚力；第三為功能性單體，它與軟、硬單體共聚后可以得到具有官能團的共聚物，能夠使乳液的綜合性能得到明顯提高。(5)陽離子苯丙乳液
陽離子苯丙乳液是指采用陽離子型表面活性劑或帶正電荷的丙烯酸系單體制得的聚合物或共聚其基本特征是聚合物表面或聚合物本身帶正電荷。由于陽離子苯丙乳液帶有正電荷，不僅有利于帶負電荷表面的中和、吸附和粘合，而且還具有殺菌、防塵和抗靜電作用。
醋丙乳液又稱乙丙乳液。是以醋酸乙烯和丙烯酸丁酯單體經乳液共聚，而成的水性高分子樹脂。上述高分子乳液由兩種或兩種以上組分混配而成時，其中的各個組分所占比例相同，為等比例混合。上述的高阻燃粉體材料由粉煤灰、水泥、糖、石膏、粘土、纖維材料中的兩種或兩種以上復配而成。所述的粉煤灰和水泥在高阻燃粉體材料中為等比例使用，添加量相同。當使用糖時，糖的添加量為粉煤灰和水泥之和質量的5_15%。在高阻燃粉體材料的具體應用中，在使用粉煤灰和水泥的前提下，優選添加石膏、粘土、纖維材料中的一種或多種；石膏、粘土或兩者之和的添加量，應為粉煤灰和水泥之和質量的10-50% ;纖維材料的添加量為粉煤灰和水泥之和質量的1-10%。粉煤灰，是從煤燃燒后的煙氣中收捕下來的細灰，粉煤灰是燃煤電廠排出的主要固體廢物。目前火電廠粉煤灰的主要氧化物組成為:Si02、A1203、Fe0、Fe203、Ca0、Ti02等。粉煤灰是我國當前排量較大的工業廢渣之一，隨著電力工業的發展，燃煤電廠的粉煤灰排放量逐年增加。大量的粉煤灰不加處理，就會產生揚塵，污染大氣；若排入水系會造成河流淤塞，而其中的有毒化學物質還會對人體和生物造成危害。粉煤灰的細度和粒度是比較重要的指標，它直接影響著粉煤灰的其他性質，粉煤灰越細，細粉占的比重越大，其活性也越大。粉煤灰的細度影響早期水化反應，而化學成分影響后期的反應。水泥可以是白水泥、普通水泥、雙快水泥。本發明中優選使用雙快水泥，其使用可加快噴涂后材料表面干燥固化速率，提高工作效率。水泥按用途及性能分為:1、通用水泥:一般土木建筑工程通常采用的水泥。通用水泥主要是指:GB175-1999、GB1344-1999和GB12958-1999規定的六大類水泥，即硅酸鹽水泥、普通硅酸鹽水泥、礦渣硅酸鹽水泥、火山灰質硅酸鹽水泥、粉煤灰硅酸鹽水泥和復合硅酸鹽水泥。2、專用水泥:專門用途的水泥。如:G級油井水泥，道路硅酸鹽水泥。3、特性水泥:某種性能比較突出的水泥。如:快硬硅酸鹽水泥、低熱礦渣硅酸鹽水泥、膨脹硫鋁酸鹽水泥。水泥按其主要水硬性物質名稱分為:1、硅酸鹽水泥(國外通稱的波特蘭水泥);2、鋁酸鹽水泥；3、硫鋁酸鹽水泥；4、鐵鋁酸鹽水泥；5、氟鋁酸鹽水泥；6、以火山灰或潛在水硬性材料及其他活性材料為主要組分的水泥。主要技術特性分為:
1、快硬性:分為快硬和特快硬兩類；2、水化熱:分為中熱和低熱兩類；
3、抗硫酸鹽性:分中抗硫酸鹽腐蝕和高抗硫酸鹽腐蝕兩類；4、膨脹性:分為膨脹和自應力兩類；5、耐高溫性:鋁酸鹽水泥的耐高溫性以水泥中氧化鋁含量分級。所述的糖可以是蔗糖、麥芽糖、淀粉、糊精和/或纖維素；優選蔗糖或麥芽糖。所述的石膏來源廣范、價格低廉，具有無體縮龜裂、重量輕、密閉性強的特點，且凝結速度快、無毒無異味、對井下環境無污染。石膏與水泥、粉煤灰均有良好的粘結性，并且石膏凝結后還會產生約I %的膨脹，而且不開裂，因而石膏是噴涂法防漏風的理想材料。應用石膏噴涂防漏風的關鍵在于:控制石膏凝結速度；這就要求設計特定的配方，來輔助石膏發揮其積極作用。所述的粘土，可 以是高嶺土或蒙脫土。所述的粘土顆粒度一般要求通過100目篩，以使實際使用時，有最好的混合效果。所述的粘土的可塑性指數越高越好，一般可塑性指數要求在5以上，達到15以上為最理想狀況；在考慮成本和實際使用效果的前提下，通常可塑性指數優選7-15之間。纖維材料為玻璃纖維、聚丙烯纖維、聚乙烯醇纖維；聚丙烯纖維優選使用聚丙烯短纖維(PP纖維)。聚丙烯短纖維(PP纖維)以聚丙烯為原料，經特定的生產工藝及表面處理技術，確保其在混凝土中具有極佳的分散性以及與水泥基體的握裹力，且抗老化性好，可保證在混凝土中長期發揮功效。聚丙烯短纖維化學性質穩定，只依靠改變混凝土的物理結構而改善混凝土的性能，其本身不發生任何化學反應。同混凝土骨料、外加劑、摻合料的水泥混合后其化學、物理性能穩定，故與混凝土材料良好的親和性。聚丙烯短纖維可有效的增強混凝土的韌性、有效的控制混凝土塑性收縮、干縮、溫度變化等因素引起的微裂，防止及抑制裂縫的形成和發展，有效地改善混凝土 /砂漿的抗裂抗滲性能及抗沖擊、抗沖磨、抗凍融、抗震能力。聚丙烯纖維主要功能作為混凝土的次要加強筋材料，聚丙烯短纖維可大大提高其抗裂、抗滲、抗沖擊、抗震、抗凍、抗沖磨、抗爆裂、抗老化性能及和易性、泵送性、保水性。；可阻止混凝土裂縫的產生；提高混凝土的抗沖擊、抗折、抗疲勞、抗震性能；提高混凝土的抗滲透性能；改善混凝土的耐久性、抗老化性；提高混凝土的抗凍融性能；提高混凝土的耐火性能。聚丙烯纖維的主要應用領域:1.混凝土剛性自防水結構:地下室底板、側墻、頂板、屋面現澆樓板、蓄水池等。抗裂、抗沖擊、抗磨損、要求高的工程、水利工程、地鐵、機場跑道、碼頭、立交高架、橋面、橋墩、超長結構等。2.水泥砂漿:內(外)墻粉刷、加氣混凝土抹灰、室內裝飾膩子及保溫砂漿。3.抗爆、耐火工程:人防軍事工程、石油平臺、煙囪、耐火材料等。4.噴射混凝土:隧道、涵洞襯砌、薄壁結構、斜坡加固等。本發明所述的煤巖體噴涂密閉材料使用時，將高分子乳液和高阻燃粉體材料混合攪勻，混合比例(高分子乳液/高阻燃粉體材料)為(1.5-2.5): 1(質量比)，然后通過氣動泵噴涂使用。
本發明所述的煤巖體噴涂密閉材料使用時，高分子乳液與高阻燃粉體材料的各個組分，可根據實際使用要求，以不同的混合比例添加，攪勻，以滿足各自不同的使用效果。當使用全組分作為配方時，高分子乳液/高阻燃粉體材料的混合比例為2: 1(質量比)。本發明產品是一種有機和無機復合材料，無任何有毒有害物質揮發，施工無回彈，安全、環保。立面和頂面噴涂不流淌，不流掛，整體效果好。涂層固化后粘結力強、拉伸強度高、拉伸形變大、密封性能優良。本發明產品用于煤巖體表面防護、防漏風、防瓦斯滲漏處理，膨脹性圍巖掘進后表面快速防護、防潮處理。由于本發明產品的不流掛、密閉性能優良、不開裂、拉伸強度大、粘度大、附著力強、無毒無污染、使用快捷簡單等特點，所以特別適用于井下關鍵位置的防開裂、防漏風和防滲漏處理。本發明產品特點:1.施工環保、安全；2.涂層硬化速度快，強度增長快，立面和頂面噴涂不流淌流掛；3.涂層硬化后粘結力強、拉伸強度高、拉伸形變大；4.絕對阻燃和抗靜電；5.施工快捷簡單。本發明廣品適用范圍:1.高瓦斯礦井或易燃礦井回采巷道松散煤巖體表面防護和防漏風、防瓦斯滲漏處理；2.大巷和機載硐室的煤巖體表面防護，包括防開裂、防漏風和防滲漏；3.膨脹性圍巖掘進后表面快速防護、防潮；4.井下密閉墻表而防開裂、防漏風控制。儲存與包裝:1.本產品包裝以塑料桶(高分子乳液)和防潮包裝袋(高阻燃粉體材料)密封包裝，包裝物不回收。2.產品儲存需要存放在干燥、陰涼通風的地方，嚴禁暴曬和直接雨淋。3.儲存溫度范圍為-5 35度。4.產品保質期為6個月。
具體實施例方式按照下表I中所列的聚醋酸乙烯乳液、丙烯酸乳液(分別使用純丙乳液、苯丙乳液或醋丙乳液)、乙烯-醋酸乙烯(VAE)乳液、丁苯乳液的用量，經混合均勻，分別制備4Kg的高分子乳液A-Q，備用。
權利要求
1.一種煤巖體噴涂密封材料，其特征在于，所述的煤巖體噴涂密封材料由高分子乳液和高阻燃粉體材料構成；高分子乳液是聚醋酸乙烯乳液、丙烯酸乳液、乙烯-醋酸乙烯乳液、丁苯乳液中一種，或是這些乳液中的兩種或兩種以上的乳液，經復配而成的混合乳液；所述的高阻燃粉體材料由粉煤灰、水泥、糖、石膏、粘土、纖維材料中的兩種或兩種以上復配。
2.根據權利要求1所述的煤巖體噴涂密封材料，其特征在于，所述的高分子乳液和高阻燃粉體材料質量 混合比例為(1.5-2.5): I;優選2: I。
3.根據權利要求1或2所述的煤巖體噴涂密封材料，其特征在于，所述的高分子乳液由兩種或兩種以上組分混配而成時，其中的各個組分所占比例相同，為等比例混合。
4.根據權利要求1、2或3所述的煤巖體噴涂密封材料，其特征在于，所述的丙烯酸乳液可以是純丙乳液、苯丙乳液或醋丙乳液。
5.根據權利要求1所述的煤巖體噴涂密封材料，其特征在于，所述的高阻燃粉體材料由粉煤灰和水泥構成，兩者添加量相同。
6.根據權利要求5所述的煤巖體噴涂密封材料，其特征在于，所述的高阻燃粉體材料中,糖的添加量為粉煤灰和水泥之和質量的5-15%。
7.根據權利要求5或6所述的煤巖體噴涂密封材料，其特征在于，所述的高阻燃粉體材料中，包括石膏、粘土、纖維材料中的一種或多種；石膏、粘土或兩者之和的添加量，應為粉煤灰和水泥之和質量的10-50% ;纖維材料的添加量為粉煤灰和水泥之和質量的1-10%。
8.根據權利要求7所述的煤巖體噴涂密封利料，其特征在于，所述的高阻燃粉體材料中，水泥為白水泥、普通水泥或雙快水泥；所述的糖為蔗糖、麥芽糖、淀粉、糊精和/或纖維素；優選蔗糖或麥芽糖；所述的粘土為高嶺土或蒙脫土 ；纖維材料為玻璃纖維、聚丙烯纖維、聚乙烯醇纖維。
9.根據權利要求8所述的煤巖體噴涂密封材料，其特征在于，所述的粘土顆粒度為通過100目篩；所述粘土的可塑性指數在5以上，優選7-15之間，最優選達到15以上。
10.根據權利要求8或9所述的煤巖體噴涂密封材料，其特征在于，所述的聚丙烯纖維為聚丙烯短纖維。
全文摘要
本發明提供了一種煤巖體噴涂密閉材料，屬于有機/無機復配材料技術領域。本發明所述的煤巖體噴涂密封材料由高分子乳液和高阻燃粉體材料復配而成，無任何有毒有害物質揮發，施工無回彈，安全、環保，立面和頂面噴涂不流淌，不流掛，整體效果好，涂層固化后粘結力強、拉伸強度高、拉伸形變大、密封性能優良。用于煤巖體表面防護、防漏風、防瓦斯滲漏處理，膨脹性圍巖掘進后表面快速防護、防潮處理。
文檔編號C04B28/14GK103159439SQ20111042195
公開日2013年6月19日 申請日期2011年12月16日 優先權日2011年12月16日
發明者劉鵬, 郭茹, 張寧寧 申請人:山東固安特工程材料有限公司