一种煤矿注浆堵漏风材料及其制备方法与流程

本发明涉及矿井堵漏风材料，尤其是涉及一种煤矿注浆堵漏风材料及其制备方法。

背景技术：

1、煤自燃是矿井煤炭开采过程中所面临的主要自然灾害之一，其中煤自燃的一个主要因素是漏风，在通风供氧的条件下，煤矿井下煤炭容易引发煤自燃，因此堵漏风是防治煤炭自燃的关键技术，堵漏风技术主要是阻绝或缩减煤与氧气的接触从而达到防灭火的作用，比如采用封堵密封浆体对矿内密封墙上的的裂缝和空隙进行喷涂，或者是对煤层中的裂缝或采空区破碎松散的煤体以及断层裂缝等漏风通道进行封堵和充填。

2、目前煤矿常用的堵漏风材料有：黄泥灌浆、水泥基材料、高分子凝胶材料或泡沫材料等。不同的堵漏风材料的优缺点不同，比如黄泥灌浆成本低，取材方便，但是运输过程容易沉降，稳定性差，而且固结性和保水性能差；水泥基材料或粉煤灰等材料凝结时间不易控制，韧性低，而且干燥后容易收缩开裂，达不到长期堵漏的效果；高分子凝胶材料的成本相对比较高；上述材料还存在的问题是易流向低位区域，不能向高处堆集，对于中、高及顶板煤体不能起到防治作用，而且容易出现拉沟现象，覆盖面积小。泡沫材料比如发泡水泥，具有膨胀性，堵漏风效果好，但是泡沫的稳定性难以控制，而且失水率高，容易出现塌陷导致泡沫材料粉化严重，影响堵漏风的效果。因此，开发一种新型的成本低、易向高位扩散、覆盖面积大、漏风效果优异的矿井堵漏风材料对于煤矿防灭火意义重大。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种煤矿注浆堵漏风材料，成本低，覆盖面积大，保水性能优异，堵漏风效果好。

2、为达到上述目的，本发明采用以下技术方案：

3、一种煤矿注浆堵漏风材料，由a料、b料和c料三部分组成，所述a料、b料和c料的重量比为1：1：1；所述a料组成以重量份计包括：粉煤灰5-8份、复合填料4-6份、硅酸钠1-1.5份、交联剂5-6份、水5-6份；所述b料组成以重量份计包括：复合发泡剂1-1.2份、稳泡剂0.5-0.8份、水40-48份，所述c料组成以重量份计包括：羧甲基纤维素钠1.5-2份、水100份。

4、进一步的，所述复合填料为膨胀蛭石和黄土按重量比2：1混合而成。

5、进一步的，所述黄土为矿区黄土，烘干后粉碎，筛分出粒径≤0.5mm的颗粒。

6、进一步的，所述交联剂为缓释交联剂，由以下步骤制备而成：

7、将可溶性淀粉溶于水中，升温至50℃，加入丙烯酸、过硫酸铵和柠檬酸铝搅拌均匀，最后加入丙烯酰胺、n,n-亚甲基双丙烯酰胺和蒙脱土，搅拌反应1h，静置2h得凝胶产物，经粉碎机打磨造粒筛分，得缓释交联剂，粒径为0.1-0.5mm；所述可溶性淀粉、丙烯酸、丙烯酰胺、柠檬酸铝、蒙脱土、过硫酸铵和n,n-亚甲基双丙烯酰胺的重量比为10：5：5：8-10：2：0.01：0.01。

8、进一步的，所述复合发泡剂为动物蛋白发泡剂、十二烷基苯磺酸钠、α-烯基磺酸钠和十二烷基硫酸钠按重量比20：1：1：1混合而成。

9、进一步的，所述稳泡剂为十二醇、黄原胶、纳米颗粒按重量比2.5：0.5：1-2混合而成。

10、进一步的，所述纳米颗粒为纳米碳酸钙和纳米二氧化硅按重量比1：1-2形成的混合物。

11、一种煤矿注浆堵漏风材料的制备方法，包括以下步骤：

12、将b料中的原料混合搅拌均匀采用发泡设备进行发泡，将a料混合成均匀的料浆，将泡沫和料浆混合均匀，然后再与c料搅拌均匀，输送注浆。

13、本发明的有益效果是：

14、1、本申请公开一种煤矿注浆堵漏风材料，将羧甲基纤维素钠-粉煤灰基凝胶材料以及泡沫材料相结合，粉煤灰基材料的混合浆料、泡沫以及高分子材料混合后，泡沫壁中均匀分布的羧甲基纤维素钠和交联剂发生交联反应，同时粉煤灰基凝胶材料开始水化，而且羧甲基纤维素钠也与粉煤灰、复合填料中溶出的金属离子交联，形成内部含有大量气孔的相互交联的凝胶网络结构，稳定性强，成本低，覆盖面积大，保水性能强，堵漏风效果优异。

15、2、本申请堵漏风材料的制备工艺是先制备泡沫，然后与羧甲基纤维素钠、粉煤灰基凝胶材料均匀混合，先发泡，之后在泡壁处缓慢形成凝胶，有助于增加泡壁膜的机械强度，从而增加泡沫的稳定性。

16、3、粉煤灰中添加有复合填料，采用膨胀蛭石和矿区黄土，随地取材，降低生产成本；另外膨胀蛭石和黄土充分混合后，膨胀蛭石具有很强的吸附性，能够增加黄土在浆料中的稳定性。

17、4、堵漏风材料注浆需要管道运输，因此本申请对羧甲基纤维素钠凝胶的时间进行控制，交联剂采用柠檬酸铝缓释交联剂，采用可溶性淀粉、丙烯酸、丙烯酰胺和蒙脱土制备的聚合物包覆柠檬酸铝，其中蒙脱土表面带有大量的亲水基，其表面的羟基能与单体反应共聚进入聚合物的网络结构中，增加其吸水溶胀的性能，柠檬酸铝分散在聚合物网络体系中，能够解决金属离子释放过快的问题，实现缓释的效果。

18、5、复合发泡剂主要成分是动物蛋白发泡剂，为增加动物蛋白发泡剂的发泡量，降低成本，在动物蛋白发泡剂中添加有离子型表面活性剂十二烷基苯磺酸钠，降低液体表面张力，增加起泡能力；当发泡量增加之后，泡沫之间粘结作用大容易融合形成大气泡进入塌泡，因此添加少量的α-烯基磺酸钠和十二烷基硫酸钠，其发泡孔径比较小，均匀泡沫孔径，减少塌泡。

19、6、稳泡剂为十二醇、黄原胶和纳米颗粒组成的复配体系，十二醇分子本身碳氢链结构能降低溶液的表面张力，促进胶团的形成，降低临界胶束浓度，增加泡沫量；纳米颗粒排列在泡沫膜的边界处，延缓泡沫析液；黄原胶可以提升体系的黏性，增加纳米颗粒在泡沫膜的边界处的稳定性。

技术特征：

1.一种煤矿注浆堵漏风材料，由a料、b料和c料三部分组成，其特征在于：所述a料、b料和c料的重量比为1：1：1；所述a料组成以重量份计包括：粉煤灰5-8份、复合填料4-6份、硅酸钠1-1.5份、交联剂5-6份、水5-6份；所述b料组成以重量份计包括：复合发泡剂1-1.2份、稳泡剂0.5-0.8份、水40-48份，所述c料组成以重量份计包括：羧甲基纤维素钠1.5-2份、水100份。

2.根据权利要求1所述的一种煤矿注浆堵漏风材料，其特征在于：所述复合填料为膨胀蛭石和黄土按重量比2：1混合而成。

3.根据权利要求2所述的一种煤矿注浆堵漏风材料，其特征在于：所述黄土为矿区黄土，烘干后粉碎，筛分出粒径≤0.5mm的颗粒。

4.根据权利要求1所述的一种煤矿注浆堵漏风材料，其特征在于：所述交联剂为缓释交联剂，由以下步骤制备而成：

5.根据权利要求1所述的一种煤矿注浆堵漏风材料，其特征在于：所述复合发泡剂为动物蛋白发泡剂、十二烷基苯磺酸钠、α-烯基磺酸钠和十二烷基硫酸钠按重量比20：1：1：1混合而成。

6.根据权利要求1所述的一种煤矿注浆堵漏风材料，其特征在于：所述稳泡剂为十二醇、黄原胶、纳米颗粒按重量比2.5：0.5：1-2混合而成。

7.根据权利要求6所述的一种煤矿注浆堵漏风材料，其特征在于：所述纳米颗粒为纳米碳酸钙和纳米二氧化硅按重量比1：1-2形成的混合物。

8.一种权利要求1所述的煤矿注浆堵漏风材料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：

技术总结本发明公开一种煤矿注浆堵漏风材料，涉及矿井堵漏风材料，由A料、B料和C料三部分组成，所述A料、B料和C料的重量比为1：1：1；所述A料组成以重量份计包括：粉煤灰5‑8份、复合填料4‑6份、硅酸钠1‑1.5份、交联剂5‑6份、水5‑6份；所述B料组成以重量份计包括：复合发泡剂1‑1.2份、稳泡剂0.5‑0.8份、水40‑48份，所述C料组成以重量份计包括：羧甲基纤维素钠1.5‑2份、水100份。该材料成本低，覆盖面积大，保水性能优异，堵漏风效果好。技术研发人员：吴立军受保护的技术使用者：陕西有色榆林煤业有限公司技术研发日：技术公布日：2024/5/27