煤岩体用有机纳米复合超低温加固材料

导

语

本期转化果平台推荐的《煤岩体用有机纳米复合超低温加固材料》，利用超低温法使得复合材料的晶型更加均一，同时增加了复合材料的结构稳定性和热传导性，以及改变了复合材料表面分子结构，该方法下合成的复合材料较同等条件其他方法合成的复合材料粘接性更优，温度更低，具有极大的推广价值。 

一、研发背景

传统煤矿加固煤岩体用高分子材料在解决工作面塌冒治理及顶板维护、巷道加固和破碎地质条件下的围岩固化等安全问题中，以其安全、高效和快捷等特点得到广泛的推广和应用。由于传统高分子材料在煤矿井下使用过程中直接和井下煤体进行接触和热量交换，大量材料积聚还会导致材料反应温度进一步升高，注浆材料产生的高温会加速其周边煤体的氧化过程，进而出现注浆过程中或注浆完成后煤体冒烟或着火的危险事故。

二、研究内容

 1.材料简介

有机纳米复合超低温加固材料是一种低粘度，双组分合成环保型高分子材料。采用气动注浆泵进行高压灌注进行加固时，树脂和催化剂掺在一起反应生成多元网状的弹性体，注入到煤层或岩层，由于材料的分子粒径为纳米级，渗透性极佳，可沿煤岩层裂缝延伸至所有裂隙，同时还具备优异的导热性，在起到加固目的同时降低材料反应放热。有效地改善了软煤岩及破碎煤岩的整体性，避免了传统加固材料材料反应温度过高导致的煤层着火等事故的发生，使用过程安全高效无隐患。

2.适用范围

（1）煤岩层裂隙和不稳定层加固；

（2）巷道及破碎顶板加固；

（3）工作面超前加固；

（4）煤壁片帮、顶板冒顶加固等。

3.技术优势

（1）反应温度低，最高反应热80℃左右，传统马丽散等有机加固材料的反应热高达140℃，相比下降60℃，安全性更好；

（2）3倍发泡，有限空间内，该材料1体积用量相当于传统材料3体积用量，可显著节省材料用量，降低煤矿生产成本；

（3）强度高，混合反应强度1分钟可达到20Mpa，5分钟峰值强度超40Mpa；

（4）导热性优异，可有效避免热量积聚；

（5）反应时间迅速，60s以内完成固化反应，并且可根据施工现场具体情况调整凝固时间；

（6）粘结力强，对煤层、岩层有优异的粘接性；

（7）渗透性好，材料分子粒径为纳米级，可深入渗透至微细的裂缝；

（8）抗剪切能力强，根据相关研究，煤矿井下开挖围岩多为剪切破坏，材料的抗剪切能力直接影响着围岩塑性区破坏范围，该种材料可以将破碎围岩粘结为一个整体，提高围岩的自承能力；

（9）绿色环保，对井下水质无害，反应时不产生有害气体；

（10）施工简单易操作，工期短，可显著降低工人劳动强度；

三、产品技术参数

表 1  有机纳米复合超低温加固材料技术指标

项  目		标准要求	实际检测结果
			A组份	B组份
使用配比（体积比）		---	1:1
闪点/℃		≥100	225	230
固化时间（23±2）℃/s		---	40～100
膨胀倍数/倍		≥1.0	3
抗老化性能（80℃，168h）		表面无变化，质量无损失	表面无变化，质量无损失。
最高反应温度/℃		≤140	80～90
抗拉强度/MPa		≥15	16
抗剪强度/MPa		≥15	16
粘结强度/MPa		≥3.5	5.2
标准砂固结体抗压强度/MPa		≥30	35
阻燃抗静电性能		满足标准MT113	符合标准MT113要求
有害物质限量	苯/g/kg	≤5.0	未检出
	甲苯+二甲苯/g/kg	≤150	未检出
	总挥发性有机物/g/L	≤700	44
保质期（常温下/月）		---	≥6	≥6

以上数据产品取样实验室测试的结果，实际应用可能随适用条件的不同而有适当的改变。

四、使用方法、设备以及现场施工图

1. 有机纳米复合超低温加固材料以及各种配套设施都准备好，用钻孔装置按预先设计好的钻孔布置方案钻孔；

2.把气动注浆泵两根吸管直接插入A料和B料的塑料桶中，以体积比A: B=1:1开始注浆，注浆材料通过注射枪注入煤岩体的缝隙达到，快速加固的目的；

3.注浆完毕后，清洗注浆泵和附件。