[發明專利]一種煤礦用發泡加固充填材料及其制備方法

在審

• 申請號: 202010696189.8
• 申請日: 2020-07-20
• 公開（公告）號: CN111825400A
• 公開（公告）日: 2020-10-27
• 發明（設計）人: 陳守東;侯鳳;楊月華;許獻文
• 申請（專利權）人: 內蒙古博冉科技有限責任公司
• 主分類號: C04B28/06
• 分類號: C04B28/06
• 代理公司: 太原華弈知識產權代理事務所 14108
• 代理人: 李毅

本發明涉及一種煤礦用發泡加固充填材料，由以下重量百分含量的原料混合組成：快速膠凝材料50～60%、摻合料35～45%、砼外加劑0.1～0.25%、硬脂酸鹽穩泡劑0.3～1%、無機發泡劑1～5%、發泡激發劑0.5～1%。以其加水后用于采空區回填和井下冒落空硐充填，可以實現充填材料的常溫發泡固化，固化體強度高，并具有一定的粘結強度，用于煤礦安全生產和采空區治理，可為礦井安全和高效生產提供保障。

技術領域

本發明涉及一種發泡水泥類加固充填材料，更具體地說，是涉及一種用于煤礦及相關行業對煤(巖)體進行粘結加固和充填的發泡材料。

背景技術

采空區是指煤礦等地下固體礦床開采后留下的空洞區，以及其周圍巖石失穩而產生位移、開裂、破碎垮落，直至上覆巖層整體下沉、彎曲所引起的地表變形和破壞的地區或范圍。采空區地表沉陷，產生連續或非連續變形，可以帶來一系列的環境巖土工程問題，如平地積水、道路裂縫、房屋倒塌、耕地減少、農田減產等。作為人類活動產生的潛在地質災害之一，采空區給礦山安全生產、工程建設和人民生命財產造成了嚴重威脅。

狹義的采空區僅指開采空間。采空區治理是世界性難題，由于頂板特征、煤層厚度和保護地表的特殊要求等條件不同，常用的采空區處理方法有全部垮落法、充填法、煤柱支撐法等。

自20世紀50年代以來，注漿技術已經被廣泛應用于各類巖土工程。注漿材料可以包括水泥類和化學類材料，分別用于不同的工程類型。

德國、美國、獨聯體、法國、波蘭等采煤技術先進的國家在20世紀70年代先后開發了化學注漿材料用于加固煤巖體和井下防火、堵漏風。德國、美國以聚氨酯材料為主，獨聯體、法國、波蘭主要使用脲醛樹脂。注漿材料年消耗量均在數千至上萬噸以上，有效改善了破碎煤巖體的整體穩定性，為礦井安全和高效生產提供了保障。

20世紀70年代以后，隨著水利水電工程的迅猛發展，我國巖土注漿技術也得到了廣泛應用，產生了環氧類、聚氨酯類、丙烯酰胺類、甲醛樹脂類、混凝土砂漿類、水玻璃類等化學注漿材料。但由于以下各種原因，這些注漿材料并不能直接應用于礦山，特別是不能滿足煤礦井下生產的需要。

1、煤礦井下環境潮濕，直接影響增水材料的使用。

2、加固后的破碎煤巖體要受到一次甚至多次劇烈的采動礦山壓力影響，對材料固結后的體積收縮、粘結強度以及抗壓強度要求高。

3、生產安全要求，使用的加固材料必須具備高閃點和阻燃特性。

4、井下通風空間有限，要求材料析出的有害成分嚴格，以防對礦井造成污染。

5、井下破碎煤巖體雖有原生或采動影響形成的裂隙，但裂隙寬度小，難以采用無機類加固材料。

6、要求加固材料應具有速凝特性，以實現化學加固與采掘施工快速推進的結合。

另外，在煤礦掘進過程中以及回采作業遇到斷層時，不可避免地會產生冒落，并在架后形成冒落孔洞，經常造成瓦斯積聚，需要及時采用發泡材料進行充填。

我國煤礦通常是采用在冒落地點架木垛、填砂漿等方法進行處理，但這些方法不僅費時、費力、施工難度大，且不能保證真正消除事故隱患。而使用化學注漿材料又存在成本高、發熱量高易著火等弊端。

因此，開發一種為煤礦井下加固、充填、采空區回填、密閉使用的發泡水泥泡沫材料很有必要，也必將取得很好的社會效益和經濟效益。

直接采用發泡水泥(混凝土)，通過調節其發泡倍數以及改變水灰比、添加增強劑等來調節發泡水泥的抗壓強度，可以作為采空區回填和井下冒落空硐充填使用。由于發泡水泥(混凝土)的材料結構是閉孔的，具有良好的氣密性，還可以用于礦山防、滅火和注漿堵水使用。進而，由于發泡水泥(混凝土)具有一定的柔性，可以用于礦山支護使用。