一种快速成型速凝的无机喷涂材料及其制备方法和应用与流程

本发明属于矿用无机喷涂材料，具体来说是一种快速成型速凝的无机喷涂材料及其制备方法和应用。

背景技术：

1、煤自燃是带来重大经济损失的自然灾害之一，也是煤矿安全的一项重要课题。根据数据统计，在大中型煤矿中，严重或较严重自然发火危险的煤矿数量占了72.9％，而国有重点煤矿中，具有自然发火危险的矿井占47.3％；小煤矿中具有自然发火危险的比例更高，达到了85.3％。自1962年法国采用放顶煤开采技术作为开采厚煤层的主要方法以来，这项技术受到了全世界的广泛应用。

2、近些年来，我国广泛采用综采放顶煤开采技术，经过多年的试验研究和现场应用，这项技术已处于世界领先水平，但综采放顶煤开采技术还有一些问题急需解决。由于采用放顶煤开采所用的机械如液压支架等相比普通机械化采煤具有设备架体长、吨位重、拆卸时间长、设备繁多等特点，导致停采撤架所需时间更长；再加上放顶煤开采在工作面停采前顶煤不放，采空区漏风量大、遗煤多，所以极易导致采空区在工作面停采撤架期间发生自然发火。煤自燃会烧毁大量的煤炭资源，每年因矿井火灾损失的优质煤炭资源多达千万吨以上。我国国有重点煤矿由于火灾而封闭的工作面数量逐年增长，每年超过100个，而这种封闭使得综采、综放装备无法使用，大量的煤炭被冻结，严重影响采煤顺序和生产部署。同时，火灾也给煤矿生产带来了巨大的安全隐患，为企业带来巨大的经济损失。此外，煤自燃过程中会产生大量有毒有害气体，严重危及井下人员的生命安全并且会对大气环境造成严重污染。

3、目前，工作面末采阶段停采撤架期间的煤自然发火问题在我国各大煤矿产区均存在。以往采用粉煤灰和速凝剂等各种材料在进风巷、回风巷构筑封堵墙，并在工作面末采铺网阶段铺顶网，然而该方法不能完全进行堵漏风，特别是对工作面的封堵仍存在缺陷，且耗费时间长，所需人力资源较大。

技术实现思路

1、针对上述现有技术存在的不足，本发明的目的是提供一种快速成型速凝的无机喷涂材料及其制备方法和应用，本技术针对现有技术放顶煤开采存在的易自燃问题，提出了在工作面末采铺网阶段、于单层金属网两侧喷涂快速成型速凝的无机喷涂材料以进行覆膜的方法，即将铺网蒙皮方法用于末采阶段铺网时的封堵，以降低因工作面漏风导致的煤自燃问题，且本发明快速成型速凝的无机喷涂材料具有施工快捷、有较高的粘结力、成膜性好、阻燃性好、机械稳定性好、化学稳定性好的优点。

2、为了实现上述目的，本技术采用的技术方案为：

3、针对目前，井下工作面末采阶段由于停采撤架需要一定的时间周期，架上和架后煤体长时间处于稳定的漏风供氧状态，极易发生自燃，需要在采空区两巷及工作面构筑封堵，以往只是在进风巷、回风巷两侧打密闭墙进行堵漏风，本发明提供了一种用于易自燃工作面末采阶段铺网覆膜隔断的、具有阻燃效果、良好气密性、且不损害其他性能参数的快速成型速凝的无机喷涂材料，能够形成对铺网阶段整个工作面的全封闭，与进风巷、回风巷的密闭墙形成整体，形成采空区与采煤工作面之间的覆膜隔断，从而隔绝架上、架后煤体与采空区，保证末采阶段采空区与采煤工作面之间较好的隔绝性。

4、基于现有技术缺陷以及上述技术考量，本技术采用全工作面网膜联合封堵，将金属网铺至支架上后，埋入采空区，并在网两面喷涂快速成型速凝的无机喷涂材料，使用阻燃、气密性高、机械稳定性好、化学稳定性好的覆膜隔断采铺网以克服上述技术缺陷，能有效实现采空区与采煤工作面的隔断，较大程度上减少漏风，预防煤自燃和矿井火灾的发生。

5、一种快速成型速凝的无机喷涂材料，包括如下重量份数的原料：硅溶胶30-50份，水性丙烯酸乳液15-35份，阻燃剂8-15份。

6、优选的，所述硅溶胶为碱性硅溶胶，碱性硅溶胶具有较强的稳定性，其所成制品具有高强度和高耐久性。

7、优选的，所述水性丙烯酸乳液选自水乳型丙烯酸树脂、水分散型丙烯酸树脂、水溶性丙烯酸树脂中的一种或几种的混合物，水性是指以水为溶剂或者分散质，稳定性较好，且环保。

8、优选的，所述阻燃剂由质量比为1：1：2-3：1-2的氢氧化镁、氢氧化铝、超细微胶囊包覆红磷fr-85与油酸钾组成。

9、本发明还保护了快速成型速凝的无机喷涂材料的制备方法，包括如下步骤：

10、将氢氧化镁、氢氧化铝、超细微胶囊包覆红磷fr-85混合均匀，再与油酸钾混合，制得阻燃剂；

11、将硅溶胶、水性丙烯酸乳液与阻燃剂混合均匀，得到快速成型速凝的无机喷涂材料。

12、优选的，还包括如下重量份数的原料：成膜助剂4-10份，表面活性剂3-6份，增稠剂1-2份，分散剂1-3份，消泡剂1-3份，抗静电剂0-1.5份，炭黑2.5-6.5份，水10-20份。

13、优选的，所述成膜助剂为十二碳醇酯；所述表面活性剂为脂肪醇聚氧乙烯醚；所述增稠剂为聚乙烯醇；所述分散剂为水玻璃；所述消泡剂为磷酸三辛酯；所述抗静电剂为烷基磺酸钠；所述炭黑为半补强炭黑n754。

14、进一步的，快速成型速凝的无机喷涂材料的制备方法，包括如下步骤：

15、将氢氧化镁、氢氧化铝、超细微胶囊包覆红磷fr-85混合均匀，并与油酸钾混合，制得阻燃剂；

16、将水、表面活性剂、分散剂、消泡剂、抗静电剂、硅溶胶依次搅拌均匀，得到混合物i；

17、将增稠剂与水性丙烯酸乳液混匀，得到混合物ii；

18、将阻燃剂、混合物i、混合物ii混合，并加入炭黑，再在搅拌条件下加入成膜助剂，持续搅拌至均匀后过滤，得到快速成型速凝的无机喷涂材料。

19、本发明还保护了快速成型速凝的无机喷涂材料在制备易自燃工作面末覆膜隔断采铺网中的应用。

20、优选的，所述应用方法为：

21、在每相邻两个金属网之间采用钢丝绳固接，得到单层金属网；

22、在支架顶部铺设所述单层金属网，同时将钢丝绳的始端采用元宝卡子固定在巷道肩窝加强锚索上；

23、在工作面内铺网期间，于已铺所述单层金属网的顶面进行快速成型速凝的无机喷涂材料的喷涂，形成上部膜，使工作面和采空区之间形成相对隔绝状态，然后移动所述支架，并对所述单层金属网底面进行快速成型速凝的无机喷涂材料的喷涂，形成下部膜，继而形成以金属网为骨架、无机材料为膜的覆膜隔断采铺网；

24、采用覆膜隔断采铺网将整个工作面进行全封闭后，将钢丝绳的末端采用元宝卡子固定在巷道肩窝加强锚索上，再将所述支架撤出所述工作面。这是矿井井下工作面铺网撤架的方法，此处使用方法原理就是在铺网的过程中进行喷涂，每次移架时都会使单层金属网向架后移动一段距离，最后埋入采空区地下，形成采空区与末采工作面之间的覆膜隔断。

25、与现有技术相比，本技术的有益效果在于：

26、1、本发明快速成型速凝的无机喷涂材料制备过程中所使用的材料具有环保、节能、价格便宜等优点；且本发明的快速成型速凝的无机喷涂材料成膜后具有良好的阻燃性能，阻燃等级达到b1；通过气体透过率及密封性表明该膜具有优良的气密性，通过老化拉伸、老化裂纹和粘结性数据表明本技术的快速成型速凝的无机喷涂材料结构稳定，使得其能够较好地应用于易自燃工作面末采阶段铺网覆膜隔断。

27、2、本发明为易自燃工作面末采阶段铺网覆膜隔断提供了一种快速成型速凝的无机喷涂材料，通过胶凝时间判断该种材料可以快速成膜，实现末采阶段采空区与采煤工作面之间的有效封堵，且所成膜具有高柔性、高耐磨、抗老化、抗腐蚀、抗静电等优良性能。

28、3、本发明所提出的方法是在末采阶段铺网撤架过程中同时开展的，操作方便，实现速度快，能够快速形成全工作面封堵，且效果较好，较大程度上减少了以往因撤架时间长等原因造成的漏风，能有效预防煤自燃和矿井火灾的发生，降低了末采阶段采空区煤自然发火危险性，提高了危险区域近距离防控的精准度。