本發(fā)明屬于煤礦注漿材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種煤巖體加固材料及其制備裝置。

背景技術(shù)：

我國煤炭資源豐富，分布地域廣泛，煤層結(jié)構(gòu)復(fù)雜。在煤礦的采掘過程中，不可避免會遇到松散破碎的煤體，強度低，穩(wěn)定性差，掘進過程中極易發(fā)生片幫冒頂，因此為了保證礦井安全生產(chǎn)必須對破碎頂板進行超前加固，有效地控制圍巖垮落。

在上世紀，煤礦井下用加固材料，主要用水泥漿注入來作為煤巖體的超前加固支護，但水泥漿加固固化時間太長，完全固化需要一個星期左右，大大降低了生產(chǎn)效率，己取消使用。

進入本世紀初，我國從國外引進聚氨酯材料進行超前加固支護。聚氨酯的引用，縮短了固化時間，完全固化只需一個小時左右，提高了煤碳的生產(chǎn)效率。聚氨酯注漿材料是以多異氰酸酯與多搶基化合物經(jīng)聚合反應(yīng)制備的化學(xué)注漿材料，廣泛應(yīng)用于水利水電、建筑、交通工程和采礦領(lǐng)域中，對變形縫、施工縫、結(jié)構(gòu)縫起到防水堵漏作用，對建筑物地基復(fù)雜地層起到加固補強等作用。然而，現(xiàn)有的親水性聚氨酯堵水加固材料多為預(yù)聚體法制備，得到的預(yù)聚體粘度較大，需要添加溶劑稀釋到合適的粘度。使用的稀釋劑多為丙酮、二甲苯等有機溶劑。沸點低，易燃。無論是對生產(chǎn)工人還是施工人員都有較大的危害。在礦用環(huán)境中，由于有機溶劑的揮發(fā)，會有爆炸的危險。而多年以來，國內(nèi)外有大量因為切割注漿固結(jié)體引起的火災(zāi)的報道。并且由于其揮發(fā)、易燃性，對貯存與運輸?shù)脑O(shè)備要求比較高，提高了成木，在煤礦使用過程中還存在安全隱患。而脲醛樹脂材料內(nèi)部反應(yīng)溫度較低在60℃以下，使用脲醛樹脂材料加固，在提高采礦安全性的同時節(jié)約了成本，但現(xiàn)有技術(shù)的脲醛樹脂類注漿材料，在使用時極易發(fā)泡造成抗壓強度低、韌性差，難以推廣應(yīng)用。現(xiàn)有技術(shù)還未有關(guān)于同時使用聚氨酯和脲醛樹脂進行合理配比而制備加固材料的報道，開發(fā)同時具備聚氨酯和脲醛樹脂優(yōu)勢的加固材料是煤巖加固材料研究的一個新方向。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對上述現(xiàn)有技術(shù)中的不足，本發(fā)明的目的是提供一種固化時間短，抗壓、抗拉強度以及黏結(jié)強度高，耐沖擊、耐酸耐堿性能優(yōu)異的復(fù)合型煤巖加固材料。

為解決上述問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：

一種煤巖體加固材料，所述加固材料由A組分和B組分按質(zhì)量比1-2：1組成；

其中，所述A組分由A1組分和A2組分組成，A1組分由聚醚多元醇30-50份、聚酯多元醇20-40份、復(fù)合催化劑 0.5-2份、阻燃劑 5-10份、泡沫穩(wěn)定劑 0.5-1份組成；A2組分為多亞甲基多苯基多異氰酸酯；

所述B組分由樹脂組份與固化劑組份組成，所述樹脂組份包括脲醛樹脂40-60份、聚乙二醇10-20份、稀釋分散劑 10-20份，抗靜電劑5-10份；所述固化劑由苯磺酸20-40份、無機酸20-30份、無機銨鹽2-4份和水5-30份組成。

另外，所述A1和A2組分的體積比為1：1；B組分中樹脂組份與固化劑組份的體積比為4：1。

所述復(fù)合催化劑為叔胺類催化劑與有機錫類催化劑按照10：1的質(zhì)量比復(fù)合而成；所述叔胺類催化劑為三乙烯二胺或五甲基二亞乙基三胺，所述有機錫類催化劑為二月桂酸二正辛基錫或二醋酸二丁基錫。

所述的聚醚多元醇的官能度為2-4，分子量為500-800，羥值為100-500mgKOH/g；所述的聚酯多元醇的官能度為2-6，分子量為300-900，羥值為200-400mgKOH/g。

所述阻燃劑為磷酸三氯丙酯；所述泡沫穩(wěn)定劑為為硅油類泡沫穩(wěn)定劑，具體為AK-8803 或H-3612泡沫穩(wěn)定劑。

所述多亞甲基多苯基多異氰酸酯的粘度為180-240mPa.s，-NCO(wt%)為30-34%。

所述抗靜電劑為烷基磺酸鈉、吐溫中的一種或幾種。

所述無機酸為硫酸或鹽酸，所述無機銨鹽為硫酸銨或氯化銨，所述稀釋分散劑為丙二醇碳酸酯。

所述A1組分的制備方法為：將聚醚多元醇、聚酯多元醇投入反應(yīng)釜中混合并攪拌均勻，然后將催化劑、阻燃劑和泡沫穩(wěn)定劑加入反應(yīng)釜中攪拌均勻即可；所述B組分中樹脂組份的制備方法為：先將脲醛樹脂、聚乙二醇、稀釋分散劑和抗靜電劑依次投入反應(yīng)釜中，攪拌均勻，然后加堿調(diào)節(jié)pH為8-9之間，升溫至60-80℃反應(yīng)2-3h，停止加熱，然后加酸調(diào)節(jié)pH為6-7并調(diào)節(jié)粘度為20-30s，降溫至30℃出料即可。

另外，本發(fā)明還要求保護所述加固材料的制備裝置，所述制備裝置為電磁加熱攪拌罐。

本發(fā)明的技術(shù)效果為：本發(fā)明的創(chuàng)造性的同時使用聚氨酯高分子加固材料和脲醛樹脂加固材料進行合理配比的復(fù)配，在同時綜合上述兩種加固材料優(yōu)異性能的同時，也彌補了各自的缺陷，所制備得到的復(fù)合加固材料具有十分優(yōu)異的黏結(jié)性、抗壓抗拉性能以及耐沖擊耐酸堿性能，為高要求的煤巖煤礦加固提供了一種合適的加固材料。

具體實施方式

下面結(jié)合實施例對本發(fā)明的技術(shù)方案做進一步的闡述：

實施例1

A1組分的制備：取官能度為3，分子量為600，羥值為300mgKOH/g的聚醚多元醇40份、官能度為5，分子量為700，羥值為300mgKOH/g聚酯多元醇30份投入反應(yīng)釜中混合并攪拌均勻，然后將復(fù)合催化劑 1份、阻燃劑磷酸三氯丙酯8份和AK-8803泡沫穩(wěn)定劑 0.8份加入反應(yīng)釜中攪拌均勻即可；所述復(fù)合催化劑為三乙烯二胺與二月桂酸二正辛基錫按照10：1的質(zhì)量比復(fù)合而成；

B組分中樹脂組份的制備：先將脲醛樹脂50份、聚乙二醇15份、稀釋分散劑丙二醇碳酸酯15份和抗靜電劑烷基磺酸鈉8份依次投入反應(yīng)釜中，攪拌均勻，然后加氨水調(diào)節(jié)pH為8.5，升溫至70℃反應(yīng)2.5h，停止加熱，然后加稀鹽酸調(diào)節(jié)pH為6.5并調(diào)節(jié)粘度為25s，降溫至30℃出料即可；

B組分中固化劑組分的制備：將苯磺酸30份、硫酸25份、氯化銨3份和水20份加入反應(yīng)釜中，室溫下攪拌混合1小時出料；

固化劑的制備：將A1組分與粘度為200mPa.s，-NCO(wt%)為32%的多亞甲基多苯基多異氰酸酯的A2組分按體積比1：1，B組分中樹脂組份和固化劑組分按體積比4：1反應(yīng)后進行攪拌混合，且A組分與B組分的質(zhì)量比控制為1：2。

實施例2

A1組分的制備：取官能度為2，分子量為500，羥值為200mgKOH/g的聚醚多元醇30份、官能度為4，分子量為600，羥值為400mgKOH/g聚酯多元醇20份投入反應(yīng)釜中混合并攪拌均勻，然后將復(fù)合催化劑 1.5份、阻燃劑磷酸三氯丙酯8份和H-3612泡沫穩(wěn)定劑 0.8份加入反應(yīng)釜中攪拌均勻即可；所述復(fù)合催化劑為五甲基二亞乙基三胺與二月桂酸二正辛基錫按照10：1的質(zhì)量比復(fù)合而成；

B組分中樹脂組份的制備：先將脲醛樹脂40份、聚乙二醇10份、稀釋分散劑丙二醇碳酸酯15份和抗靜電劑吐溫7份依次投入反應(yīng)釜中，攪拌均勻，然后加氨水調(diào)節(jié)pH為8，升溫至65℃反應(yīng)2.5h，停止加熱，然后加稀鹽酸調(diào)節(jié)pH為7并調(diào)節(jié)粘度為28s，降溫至30℃出料即可；

B組分中固化劑組分的制備：將苯磺酸20份、鹽酸25份、硫酸銨3份和水20份加入反應(yīng)釜中，室溫下攪拌混合1小時出料；

固化劑的制備：將A1組分與粘度為200mPa.s，-NCO(wt%)為31%的多亞甲基多苯基多異氰酸酯的A2組分按體積比1：1，B組分中樹脂組份和固化劑組分按體積比4：1反應(yīng)后進行攪拌混合，且A組分與B組分的質(zhì)量比控制為1：1.5。

實施例3

A1組分的制備：取官能度為4，分子量為800，羥值為400mgKOH/g的聚醚多元醇50份、官能度為6，分子量為900，羥值為400mgKOH/g聚酯多元醇40份投入反應(yīng)釜中混合并攪拌均勻，然后將復(fù)合催化劑 2份、阻燃劑磷酸三氯丙酯8份和AK-8803泡沫穩(wěn)定劑 0.8份加入反應(yīng)釜中攪拌均勻即可；所述復(fù)合催化劑為三乙烯二胺與二醋酸二丁基錫按照10：1的質(zhì)量比復(fù)合而成；

B組分中樹脂組份的制備：先將脲醛樹脂60份、聚乙二醇20份、稀釋分散劑丙二醇碳酸酯15份和抗靜電劑烷基磺酸鈉8份依次投入反應(yīng)釜中，攪拌均勻，然后加氨水調(diào)節(jié)pH為9之間，升溫至70℃反應(yīng)3h，停止加熱，然后加稀鹽酸調(diào)節(jié)pH為7并調(diào)節(jié)粘度為25s，降溫至30℃出料即可；

B組分中固化劑組分的制備：將苯磺酸40份、硫酸30份、氯化銨4份和水30份加入反應(yīng)釜中，室溫下攪拌混合1小時出料；

固化劑的制備：將A1組分與粘度為240mPa.s，-NCO(wt%)為30%的多亞甲基多苯基多異氰酸酯的A2組分按體積比1：1，B組分中樹脂組份和固化劑組分按體積比4：1反應(yīng)后進行攪拌混合，且A組分與B組分的質(zhì)量比控制為1：2。

對比例1

A1組分的制備：取官能度為3，分子量為600，羥值為300mgKOH/g的聚醚多元醇40份、官能度為5，分子量為700，羥值為300mgKOH/g聚酯多元醇30份投入反應(yīng)釜中混合并攪拌均勻，然后將復(fù)合催化劑 1份、阻燃劑磷酸三氯丙酯8份和AK-8803泡沫穩(wěn)定劑 0.8份加入反應(yīng)釜中攪拌均勻即可；所述復(fù)合催化劑為三乙烯二胺與二月桂酸二正辛基錫按照10：1的質(zhì)量比復(fù)合而成；

固化劑的制備：將A1組分與粘度為200mPa.s，-NCO(wt%)為32%的多亞甲基多苯基多異氰酸酯的A2組分按體積比1：1進行反應(yīng)攪拌混合即可。

對比例2

B組分中樹脂組份的制備：先將脲醛樹脂50份、聚乙二醇15份、稀釋分散劑丙二醇碳酸酯15份和抗靜電劑烷基磺酸鈉8份依次投入反應(yīng)釜中，攪拌均勻，然后加氨水調(diào)節(jié)pH為8.5，升溫至70℃反應(yīng)2.5h，停止加熱，然后加稀鹽酸調(diào)節(jié)pH為6.5并調(diào)節(jié)粘度為25s，降溫至30℃出料即可；

B組分中固化劑組分的制備：將苯磺酸30份、硫酸25份、氯化銨3份和水20份加入反應(yīng)釜中，室溫下攪拌混合1小時出料；

固化劑的制備：將B組分中樹脂組份和固化劑組分按體積比4：1反應(yīng)后進行攪拌混合即可。

對實施例1-3和對比例1-2的產(chǎn)品的性能進行評價,見表1：

從表1的實驗數(shù)據(jù)可以得出：本發(fā)明的加固材料在固化時間、抗壓強度、彎曲強度、抗剪切強度以及粘結(jié)強度都體現(xiàn)出優(yōu)異的性能，是煤巖煤礦加固材料的優(yōu)選材料。

最后應(yīng)說明的是：以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實施例而已，并不用于限制本發(fā)明，盡管參照前述實施例對本發(fā)明進行了詳細的說明，對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，其依然可以對前述各實施例所記載的技術(shù)方案進行修改，或者對其中部分技術(shù)特征進行等同替換。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。