專利名稱：一種瓦斯抽采封孔材料的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及煤炭開(kāi)采中的瓦斯抽采封孔材料，具體講就是一種聚氨酯/聚脲(PU/A)復(fù)合材料。該材料即可用于井下本煤層孔瓦斯抽采封孔材料，也可用于穿層孔瓦斯抽采封孔材料。
背景技術(shù)：
瓦斯是煤層氣的俗稱，是賦存在煤層中的烴類氣體，和天然氣一樣，主要成分是甲烷。瓦斯易燃易爆，當(dāng)空氣中瓦斯?jié)舛仍?% 16%時(shí)，遇到火源就會(huì)爆炸，瞬間形成高溫高壓沖擊波，并產(chǎn)生大量一氧化碳。長(zhǎng)期以來(lái)，瓦斯災(zāi)害一直是制約煤礦安全、高效開(kāi)采的主要技術(shù)瓶頸。盡管隨著保護(hù)層開(kāi)采方法及先進(jìn)開(kāi)采裝備和瓦斯預(yù)警技術(shù)的投入應(yīng)用，瓦斯災(zāi)害事故的發(fā)生頻率得到有效緩解。但由于礦井采掘活動(dòng)向縱深發(fā)展，煤層瓦斯賦存的“三高一低”特征(高地應(yīng)力、高瓦斯含量、高瓦斯壓力、低滲透率)愈加顯現(xiàn)，煤礦瓦斯災(zāi)害事故發(fā)生的起數(shù)仍居高不下。我國(guó)高瓦斯和煤與瓦斯突出礦井約占1/3，防治煤礦瓦斯事故始終是安全生產(chǎn)的重中之重。瓦斯災(zāi)害仍然是我國(guó)煤礦安全生產(chǎn)的最大危害，是威脅礦工生命的“第一殺手”。但瓦斯加以利用又是優(yōu)質(zhì)清潔能源，瓦斯可以用來(lái)發(fā)電，用作民用燃?xì)?，同時(shí)還是一種有廣泛用途的化工原料。瓦斯抽采是煤礦瓦斯治理與利用的根本措施和主要途徑。目前國(guó)內(nèi)煤礦主要采用的瓦斯抽采技術(shù)為:沿煤層走向每隔一定距離打抽采鉆孔，然后直接與抽采管路連接。但由于氣密性不好、抽采時(shí)間短，導(dǎo)致瓦斯抽采濃度和抽采量不高，很多情況下抽采的瓦斯體積分?jǐn)?shù)一般在10 30%左右(有時(shí)更低)。因此做好抽采鉆孔的封孔、提高抽采效果，是目前瓦斯抽采急待解決的問(wèn)題，同時(shí)也更利于瓦斯抽采后的綜合利用。我國(guó)煤礦抽采的瓦斯未能得到有效的利用，其中一個(gè)很重要的原因就是抽采出的煤礦·瓦斯中低濃度瓦斯占很大比例，大部分低濃度瓦斯因缺乏利用價(jià)值而被排放到大氣中去，不但造成浪費(fèi)而且還造成環(huán)境污染。我國(guó)目前瓦斯抽采鉆孔封孔材料主要有水泥砂漿和聚氨酯兩種。采用水泥砂漿作為封孔材料的操作方法如下:用一定比例的水泥和砂摻水配成水泥砂漿，利用手工封孔或機(jī)械泵封孔，完畢后隔24 36小時(shí)待水泥凝固后才能連管進(jìn)行抽放。水泥砂漿法施工周期長(zhǎng)，而且脫水凝固后易產(chǎn)生收縮變形和開(kāi)裂，封孔材料與鉆孔孔壁和封孔管間產(chǎn)生裂隙。尤其是水泥砂漿的彈性形變能力差，鉆孔壁內(nèi)由于采動(dòng)應(yīng)力產(chǎn)生微小裂隙，封孔材料難以擠壓充填。瓦斯負(fù)壓抽采時(shí)巷道空氣進(jìn)入抽采管形成氣體短路，降低了瓦斯抽放濃度。孔口負(fù)壓愈高,漏氣量愈大。采用聚氨酯作為封孔材料的操作方法是使用雙組分聚氨酯發(fā)泡材料，使雙組分按一定比例混配后，用棉紗或毛巾在膠液中浸潤(rùn)后固定在抽采管管上迅速塞入鉆孔中，膠液在鉆孔與抽采管之間的開(kāi)放空間內(nèi)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，發(fā)泡、自由膨脹而固化成發(fā)泡材料。該產(chǎn)品發(fā)泡率高，材料固化時(shí)間短，具有優(yōu)異的抗腐蝕、耐老化和密封性能。該產(chǎn)品與鋼鐵、塑料等管材、礦石、硬質(zhì)煤層等材料有較強(qiáng)的黏合力。與水泥砂漿封孔相比，具有用料少、攜帶方便、封孔速度快(約十幾分鐘，甚至更快)、省力等優(yōu)點(diǎn)。因此聚氨酯封孔材料已得到普遍應(yīng)用，有取代水泥砂漿的趨勢(shì)。但是該封孔材料具有很大的彈性和可壓縮性。煤層鉆孔作為一個(gè)小型全煤巷道，在地應(yīng)力和采掘干擾情況下必然發(fā)生變形和蠕變。發(fā)泡后聚氨酯的硬度遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于煤層硬度(硬度相差一個(gè)數(shù)量級(jí))，對(duì)鉆孔形不成有效支護(hù)作用，導(dǎo)致封孔段鉆孔周圍在封孔之后繼續(xù)產(chǎn)生裂隙(后期漏氣通道)。同時(shí)發(fā)泡聚氨酯自身隨時(shí)間延長(zhǎng)本身有時(shí)產(chǎn)生萎縮和開(kāi)裂。因此以上兩種原因?qū)е峦咚钩椴蓾舛绕?，抽采濃度衰減過(guò)快，在很大程度上降低了瓦斯抽采效果。并且聚氨酯在反應(yīng)過(guò)程中對(duì)水分敏感，對(duì)于部分高含水煤層不適用，這就限制了聚氨酯材料的適用范圍。針對(duì)聚氨酯封孔材料的缺點(diǎn)，目前急需提高聚氨酯材料的力學(xué)性能及耐收縮性能以提高瓦斯抽采效果。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的針對(duì)聚氨酯封孔材料強(qiáng)度較低，對(duì)鉆孔壁的支護(hù)作用小；并且在施工和固化過(guò)程中對(duì)水分、濕氣較敏感，易受環(huán)境溫度、濕度的影響容易收縮的缺點(diǎn)而開(kāi)發(fā)一種新型聚氨酯/聚脲(PU/A)復(fù)合材料。與聚氨酯相比固特捷具有更好的力學(xué)強(qiáng)度、耐磨、耐腐蝕、耐油、耐水、耐老化、耐交變溫度和壓力、不收縮，而且對(duì)水分、濕氣不象聚氨酯那樣敏感，施工時(shí)不易受環(huán)境溫度、濕度的影響。固特捷就是結(jié)合聚氨酯膨脹倍數(shù)大、密封性好和聚脲優(yōu)異的物理和化學(xué)特性來(lái)解決單純聚氨酯材料在封孔效果上有時(shí)好有時(shí)差的不穩(wěn)定情況的一種復(fù)合材料。通過(guò)調(diào)節(jié)固特捷復(fù)合體系凝膠時(shí)間，可以控制反應(yīng)體系的流動(dòng)性和材料與基材的附著力，使混合物料流動(dòng)至煤層間隙并在間隙中膨脹從而有效地增強(qiáng)瓦斯封堵效果。使封孔材料的致密性及鉆孔周圍裂隙的封堵性得到了提高，在高負(fù)壓抽采的條件下可降低漏氣點(diǎn)，從而提高鉆孔瓦斯抽采濃度，延長(zhǎng)瓦斯抽采時(shí)間。本發(fā)明的固特捷復(fù)合材料是由多異氰酸酯組份(簡(jiǎn)稱A組份)與樹(shù)脂組份(簡(jiǎn)稱B組份)反應(yīng)生成的一種硬泡彈性體。A組份由多亞甲基多苯基多異氰酸酯既可以是芳香族的，也可以是脂肪族的單體、聚合體、異氰酸酯的衍生物或預(yù)聚物和半預(yù)聚物；預(yù)聚物和半預(yù)聚物是由端氨基或者端羥基化 合物與異氰酸酯反應(yīng)制得。B組份包括聚醚多元醇、多元胺，擴(kuò)鏈劑，聚天門冬氨酸酯，催化劑，發(fā)泡劑，勻泡劑，阻燃劑和抗靜電劑。A組分多異氰酸酯是指在分子結(jié)構(gòu)中含有異氰酸酯基團(tuán)(NCO)n的有機(jī)化合物的統(tǒng)稱，其結(jié)構(gòu)式為R(NCO)n，其中R代表芳基、烷基等，η為整數(shù)。主要有甲苯二異氰酸酯(TDI)、二苯甲烷-4，4’-二異氰酸酯(MDI)、多亞甲基多苯基多異氰酸酯(ΡΑΡΙ)、液化型二苯甲烷二異氰酸酯(LMDI)、六亞甲基二異氰酸酯(HDI)、異佛爾酮二異氰酸酯(ΙΗΠ)、苯二亞甲基異氰酸酯(XDI)、環(huán)己烷二亞甲基二異氰酸酯(H6XDI)、4，4’-二環(huán)己基甲烷二異氰酸酯(H12MDI)、四甲基苯二亞甲基二異氰酸酯(TMXDI)。在實(shí)際生產(chǎn)和應(yīng)用過(guò)程中為了減少異氰酸酯揮發(fā)對(duì)施工人員和環(huán)境的損害，幾乎都采用揮發(fā)性低、毒性小的二苯甲烷-4，4’ - 二異氰酸酯(MDI)及其衍生物，例如，LMDI,PAPI等。本本發(fā)明優(yōu)選市場(chǎng)上常見(jiàn)、低毒的多亞甲基多苯基多異氰酸酯(PAPI)。PAPI較MDI反應(yīng)速度較溫和、價(jià)格便宜、粘度低、官能度大，也非常適于做硬泡。PAPI實(shí)際上是二苯甲烷_(kāi)4，4’-二異氰酸酯(MDI)和聚合MDI等的混合物，官能度>2，其結(jié)構(gòu)式如結(jié)構(gòu)式I。
權(quán)利要求
1.一種瓦斯抽采封孔材料，該材料由A、B雙組分組成，A組分為多異氰酸酯，B組分由28 30體積份硬泡聚醚,15 17體積份高回彈聚醚,5 6體積份穩(wěn)定性聚醚,8 12體積份聚天門冬氨酸酯，20 28體積份阻燃劑，2 3體積份勻泡劑，2 3體積份端氨基聚醚,5 6體積份發(fā)泡劑,5 6體積份催化劑組成。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的瓦斯抽采封孔材料，其特征在于所述的多異氰酸酯為甲苯二異氰酸酯、二苯甲烷_(kāi)4，4’ - 二異氰酸酯、多亞甲基多苯基多異氰酸酯、液化型二苯甲烷二異氰酸酯、六亞甲基二異氰酸酯、異佛爾酮二異氰酸酯、苯二亞甲基異氰酸酯、環(huán)己烷二亞甲基二異氰酸酯、4，4’-二環(huán)己基甲烷二異氰酸酯、四甲基苯二亞甲基二異氰酸酯中的任意一種。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的瓦斯抽采封孔材料，其特征在于所述的勻泡劑為有機(jī)硅勻泡劑。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的瓦斯抽采封孔材料，其特征在于所述的勻泡劑為SD-501硅油。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的瓦斯抽采封孔材料，其特征在于所述的發(fā)泡劑為物理發(fā)泡劑。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的瓦斯抽采封孔材料，其特征在于所述的發(fā)泡劑為聚氨酯發(fā)泡劑 HCFC-Hlb。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的瓦斯抽采封孔材料，其特征在于所述的阻燃劑為添加型阻燃劑和反應(yīng)型阻燃劑的混合阻燃劑。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的瓦斯抽采封孔材料，其特征在于所述的阻燃劑為添加型阻燃劑TCEP和反應(yīng)型阻燃劑阻燃聚醚多元醇的混合，添加型阻燃劑TCEP和反應(yīng)型阻燃劑阻燃聚醚的質(zhì)量比8 9:1。
9.根據(jù)權(quán)利要求I所述的瓦斯抽采封孔材料，其特征在于所述的催化劑為三乙醇胺和有機(jī)錫復(fù)配催化體系，三乙醇胺和有機(jī)錫質(zhì)量比I 4:1。
全文摘要
一種瓦斯抽采封孔材料，該材料由A、B雙組分組成。A組分為多異氰酸酯，B組分由28～30份(體積份，以下相同)硬泡聚醚，15～17份高回彈聚醚，5～6份穩(wěn)定性聚醚，8～12份聚天門冬氨酸酯，20～28份阻燃劑，2～3份勻泡劑，2～3份端氨基聚醚，5～6份發(fā)泡劑，5～6份催化劑組成。使用時(shí)A組分和B組分按1:1體積比通過(guò)注漿泵在瓦斯抽采封孔內(nèi)混合，形成致密的封閉層。與聚氨酯相比固特捷復(fù)合材料具有更好的力學(xué)強(qiáng)度、耐磨、耐腐蝕、耐油、耐水、耐老化、耐交變溫度和壓力、不收縮，而且對(duì)水分、濕氣不象聚氨酯那樣敏感，施工時(shí)不易受環(huán)境溫度、濕度的影響。
文檔編號(hào)C09K8/44GK103254880SQ20131007277
公開(kāi)日2013年8月21日 申請(qǐng)日期2013年3月7日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月7日
發(fā)明者李寧, 李伍成, 陶云奇, 付瑤, 李宗耀, 付毅, 曹國(guó)喜, 王長(zhǎng)利, 陳新建, 張秀全, 鄧澄, 陳濤, 楊程濤, 王峰, 張華銳 申請(qǐng)人:河南煤業(yè)化工集團(tuán)研究院有限責(zé)任公司