矿用聚氨酯注浆加固材料存在问题及研究展望

聚氨酯注浆加固材料因其优异的综合性能在诸多的高分子化学注浆材料中处于领先地位,被广泛应用于煤矿巷道的注浆加固。为促进聚氨酯注浆加固材料在煤矿加固中的安全应用,还需要进一步解决阻燃性差、反应温度高、强度低等问题。在总结聚氨酯注浆加固材料在井下施工中存在问题的基础上,分析了近年来国内外聚氨酯注浆加固材料的研究进展,重点介绍了在保证材料强度的基础上降低反应温度、提高阻燃性能的研究,并对材料的应用与研究方向进行了展望。

矿用反应型无卤有机注浆加固材料阻燃性能研究

针对普通聚氨酯注浆加固材料(PU)卤素含量高,造成煤化工企业催化剂中毒失活的问题,合成了一种反应型无卤有机注浆加固材料(PU-NH);借助极限氧指数(LOI),探究PU-NH的阻燃性能;通过热重差示扫描量热分析(TG-DSC)和锥形量热分析,探究PU-NH的热稳定性和燃烧性能。结果表明:PU-NH为难燃材料,与PU相比,PU-NH表现出更优异的热稳定性能,且PU-NH烟释放量降低了39.3%,一氧化碳释放量降低了50.75%。材料燃烧后炭渣的扫描电子显微镜(SEM)和X射线光电子能谱(XPS)的表征结果表明:PU-NH燃烧后炭渣呈“蜂窝状”结构,燃烧时表面形成一层蓬松而致密的炭层,可有效隔绝氧气,并降低热传导速率,这是材料表现出良好阻燃性能的根本原因;同时,PU-NH炭渣中碳元素高,也有利于炭层的形成,提高了耐氧化能力。煤矿井下注浆试验结果表明,PU-NH的性能高于煤矿加固煤岩体用高分子材料的行业标准,加固后可有效提高煤岩体承载能力,保障工作人员生命安全。

矿用高分子注浆加固材料性能特点及研究方向

分析了高分子注浆加固材料的性能缺陷及其在煤矿井下应用中的不足,指出材料本身反应温度过高、阻燃性不够、应用针对性不强等是井下高分子注浆加固材料引发次生灾害的主要原因。因此,提出反应温度低、无有害阻燃剂掺加和成本低廉等是未来高分子注浆加固材料的研究方向。

矿用高分子注浆加固材料安全性试验研究

为得出高分子注浆加固材料在煤矿井下应用中发生冒烟或着火事故的原因,进行了聚氨酯注浆加固材料大体积注浆试验,测试注浆加固材料内部反应温度和表面温度,观察注浆加固材料固化后的内部特征。结果表明:含水量1%的注浆加固材料大体积注浆试验时,其内部反应温度均远大于按照AQ 1089—2011标准要求的试验室测试温度140℃,甚至某些产品反应温度达340℃以上,注浆材料发生自燃。而在相同条件下纯聚氨酯注浆加固材料最高反应温度为165℃左右;硅酸盐改性聚氨酯注浆加固材料为102℃。说明纯聚氨酯注浆加固材料和硅酸盐改性聚氨酯注浆加固材料能够较好地避免应用中发生冒烟或着火事故。

硅酸盐改性注浆加固材料的最新研究进展和应用

详细介绍了硅酸盐改性注浆加固材料的配方反应原理、最新的力学性能研究结果和实际应用情况。结果表明:综合力学性能完全可与传统聚氨酯注浆加固材料相比拟,1 d抗压强度能达到40MPa以上,黏结强度达到2 MPa以上;3 h抗压强度达到50 MPa以上;1 d抗压强度达到60 MPa以上,黏结强度达到4 MPa以上;完全能用于井下各种复杂条件下快速、高效加固破碎煤体。尤其是压缩弹模比传统聚氨酯注浆加固材料要高很多,更适合煤岩体刚性材料结构体的加固应用。

抗静电剂对煤矿用PU注浆加固材料综合性能的影响

选择3种不同的抗静电剂磷酸三(β-氯乙基)酯TCEP、阳离子型季铵盐类抗静电剂catafor PU以及导电填料Fe3O4研究制备矿用聚氨酯注浆加固材料,考察了这3种抗静电剂单独或复配使用时对聚氨酯注浆加固材料抗静电、阻燃及力学性能的影响。结果表明:TCEP和Fe3O4复配使用显示出良好的协同效应,可以获得综合性能优异的阻燃抗静电聚氨酯注浆加固材料,表面电阻为1.6×107Ω,拉伸强度42.87MPa,粘结强度4.94MPa,氧指数为30.1。

无卤聚氨酯注浆加固材料的性能研究

为解决有机注浆加固材料有机氯含量高,导致以煤炭资源为原料的化工企业中变换催化剂中毒失活的问题。采用一步合成法,以自研发的无卤阻燃剂为原料,制备了无卤聚氨酯注浆加固材料,表现出优异的力学性能、阻燃性能和稳定性能。红外光谱表征结果表明,制备的加固材料具备聚氨酯聚合物交联结构,在山西晋煤寺河煤矿应用结果表明,该材料可有效控制矿井中冒顶片帮等事故的发生,保证煤矿回采安全性。同传统聚氨酯材料相比,制备的无卤聚氨酯加固材料卤素含量低至272 mg/kg,有效地解决了煤化工企业中变换催化剂中毒失活的问题。

巷道注浆加固材料的应用性能研究

注浆的作用是将浆液材料注入到已经遭到破碎的巷道或硐室围岩内,从而在其内部形成一定厚度包容岩块的结石体,把浆液中的颗粒材料嵌入到围岩裂隙内,充填裂隙并固化后具有一定的抗压强度,阻止围岩向深部扩容破坏。破碎围岩裂隙被浆液材料充填固结后能够有效传递锚杆(索)对围岩表面施加的预应力,扩大支护范围与作用深度,显著改善支护效果。

新型聚氨酯注浆加固材料应用研究

由于传统聚氨酯注浆加固材料中有机氯含量较高,致使以煤炭资源为原材料化工催化剂的催化作用大大降低甚至失效。为改善加固材料对化工催化剂影响,自主研发了新型低卤聚氨酯注浆加固材料。通过在山西晋煤寺河煤矿应用结果表明,该材料相较于传统聚氨酯注浆加固材料,卤素含量占比降至270 mg/kg,对化工催化剂影响降低较为明显。另外,在材料性能方面,新型低卤聚氨酯注浆加固材料表现出更为优异的力学.阻燃.稳定性能,更高效提高注浆加固效果,控制冒顶.片帮灾害,保证井下回采安全。

巷道注浆加固材料的应用性能研究

巷道煤岩体内部渗流场既能够供给缝隙水与气体流通,还能够针对内部浆液的流动情况进行管控。由于渗透性存在差异,若是应用以往的水泥灌注材质展开灌浆,缝隙和煤岩体表层生成连贯的通道,水泥浆液会顺着缝隙溢出,造成灌浆质量较差。若是应用化学浆液,能够良好的达到加固要求,不过会增加资金投入,使用数量过多容易破坏地下水体,严重违背了环保与可持续发展战略。所以,需要研发能够满足加固要求的灌浆材质。本文针对巷道注浆加固材料的应用性能研究提出了一些建议,以供参考。

赤泥基注浆加固材料制备与性能研究

为满足岩溶塌陷区注浆加固治理需求,选用赤泥、钢渣等固废,制备高性能赤泥基注浆加固材料,建立凝结时间、力学强度、膨胀性等性能的调控方法。试验结果表明,水泥掺量的变化对结石体7 d抗压强度的影响最大,赤泥基注浆加固材料7 d抗压强度随水泥掺量的增加呈先增大后减小的趋势,当单因素作用时,水泥掺量为15%时强度最高。结合单因素对浆液终凝时间和对结石体7 d力学强度的影响,可确定水泥掺量为15%、钢渣掺量为15%、激发剂掺量为12%时,赤泥基注浆加固材料性能最优且流动性能优异。综合考虑赤泥基注浆加固材料的终凝时间和力学强度,确定每种膨胀剂的最优掺量为UEA膨胀剂6%、CSA膨胀剂6%、塑性膨胀剂0.2%。

高流态速凝微膨胀超细硅质注浆材料研制

为了改善岩土工程注浆加固中普通水泥基浆液流动性较差、凝结时间难以控制、结石体易收缩等问题,基于超细硅酸盐水泥性能研究,通过添加减水剂、速凝剂、膨胀剂等外加剂,研究对超细硅酸盐水泥流动度、凝结时间、膨胀度和水泥强度的影响规律,研制出高流态速凝微膨胀超细硅质注浆加固材料。结果表明:0.4水灰比条件下,减水剂掺量0.5%的浆液流动度大于45 cm,抗压强度是未掺减水剂的1.4倍;基于0.5%掺量的减水剂,速凝剂掺量大于0.5%时,浆液的凝结时间低于45 min,其变化敏感性随速凝剂掺量继续增大明显降低;基于0.5%掺量的减水剂、0.5%掺量的速凝剂,当膨胀剂掺量为5%时,浆液结石体膨胀率为0.1%,能够抵消自收缩,同时实现微膨胀效果。新型浆液具有高流态、速凝、微膨胀的特点,并且在水泥注浆模拟的试验中,其强度可达普通注浆材料的2.4倍。最佳配方为超细硅酸盐水泥95%、膨胀剂5%、减水剂0.5%、速凝剂0.5%,水灰比0.3~0.5。

矿用聚氨酯注浆材料阻燃及加固性能研究

为获得压缩强度和阻燃性能兼顾的聚氨酯注浆材料,通过L9(34)正交试验,研究Mg(OH)2含量、甲基膦酸二甲酯(DMMP)含量、异氰酸酯指数、辛酸亚锡含量对聚氨酯注浆材料的阻燃性能及压缩性能的影响。获得这种聚氨酯注浆材料的最佳制备条件。对比分析最佳制备条件试样及不加阻燃剂试样的热稳定性。结果表明:DMMP含量和Mg(OH)2含量对平均燃烧时间影响显著;Mg(OH)2还有补强加固作用,对压缩强度影响最为显著,其次为异氰酸酯指数。在Mg(OH)2,DMMP,辛酸亚锡质量分数分别为16%,24%和0.4%,异氰酸酯指数为1.10时,聚氨酯注浆材料兼顾阻燃性能和压缩性能,平均燃烧时间为13.9 s,压缩强度为19 MPa,其热稳定性明显优于不添加阻燃剂样品。

化学注浆环保型加固材料的研制与应用

化学注浆环保加固材料在加工过程中会产生能量,但是阻燃控制强度和价格型聚氨酯增强材料的范围是平均的。为了快速提高采矿企业的安全性,必须选择发热量低、阻燃性高、化学处理稳定的固体材料。在化学注浆加工材料的研究中,值得重视加固市场的管理和优化。根据环保材料的水平,可以分析当前化学注浆和环保加工操作的范围,以分析短缺的可能性。注重优化化学注浆与环保处理材料的整体建设,加强化学注浆与环保建设的材料规划与管理,提高建筑物综合化学注浆的环境质量水平。本文根据化学注浆和环保处理标准的具体要求,分析了加固形式的开发,运行方法和应用过程。从化学注浆的增强性能入手,分析了如何提高材料性能的稳定性并确保环保型化学注浆材料的应用。

边角煤工作面煤壁片帮机理分析及注浆加固技术

以显德汪矿二采区1223工作面为工程背景,针对不规则边角煤工作面大角度调采期间,出现的煤岩体破碎较严重且在仰采时出现煤壁片帮等问题进行了分析,针对性地提出了采用高分子加固材料进行注浆加固的方式,阐述了高分子加固材料的注浆加固原理,设计出注浆加固方案并进行应用。回采实践表明,采用高分子加固材料进行注浆加固后,工作面片帮和冒顶得到有效控制,实现工作面正常回采。

深井高应力巷道围岩变形特征与修复加固技术

针对深井高应力巷道围岩松动范围大、变形剧烈,返修率高等问题,以丁集矿1232(1)工作面回风巷为工程背景,采用现场调研、理论分析和钻孔窥视的方法,分析了巷道围岩的变形破坏特征及影响因素,并基于一种无机复合注浆加固材料的研发,提出了以锚索补强加固顶板围岩为基础,采用预应力中空锚杆和预应力中空锚索分步注浆加固顶板,采用预应力中空锚杆分步注浆加固巷帮。工程实践表明,该套巷修加固方案可有效控制巷道围岩的变形,巷道加固效果显著。

煤矿用高分子化学煤岩体加固剂的研究与应用

阐述了煤矿用高分子化学煤岩体加固剂的研究过程和技术特点,简单介绍了其在顶板维护、巷道加固等方面的应用。

综放工作面过断层片帮控制技术应用

为保证工作面过断层期间的安全回采,对3号煤层片帮、冒顶原因进行分析。经数值模拟计算,3103综放工作面为有效控制煤壁片冒,应控制端面距小于500 mm,调整支架工作阻力为13 000~14 000 kN。通过对打设片帮处锚杆进行补强加固以及对产生裂隙的构造影响区施工采取钻孔注浆等措施,使3103综放工作面片帮大小和范围均大幅下降,最大片帮宽度从6.3 m变为2.1 m,最大片帮深度和距离均低于1.4 m,应用效果良好。