[发明专利]一种煤矿巷道锚固喷浆微生物自修复体系及其构建方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种煤矿锚固喷浆材料，尤其涉及一种煤矿巷道锚固喷浆微生物自修复体系及其构建方法。

背景技术

煤矿井下巷道是采煤和运煤的必经之道，为保障巷道通畅和采煤工人的安全生产，必须对巷道进行支护，一般采用的是水泥砂浆或者混凝土对巷道岩石表面进行喷浆，水泥砂浆固化后，起到防止岩石塌落、地下水渗入巷道以及瓦斯泄漏的作用。然而，喷浆材料固化后，由于配料单一，成分中刚性组分居多，材料刚性脆性大，柔性不足，随着井下巷道的地质运动或者再次开采中的放炮等震动，极易造成喷浆材料的开裂脱落，继而造成矿井巷道内岩石掉落、局部塌方、巷道透水和瓦斯事故，给安全采煤和保障国民经济高速发展能源用煤带来极大的阻碍，成为国家亟需解决的重大事情。

对于巷道支护材料裂缝，当前主要的修复方法为事后修复或者定时修复，然而这种被动有计划的修复方式大多针对肉眼可见的裂缝，修复部位大多为材料易损处，并受修复材料施工技术等问题的限制，裂缝部位易产生二次开裂。另外，在实际的巷道支护材料中，其内部存在许多微裂纹，由于当前探测技术的局限性，检测并修复这些微裂纹仍存在较大的难度。因此，有必要研制出一种具有裂缝自诊断、自修复的巷道锚固材料系统，以满足当前煤矿巷道支护领域材料的特殊要求。

发明内容

本发明的目的是以上技术背景中煤矿巷道锚固材料的不足，一种充分利用微生物，构建兼具裂缝自诊断和自修复、绿色环保的巷道锚固材料。即在混凝土的搅拌过程中掺入耐碱菌体芽孢及其营养物质，一旦混凝土出现裂缝，材料内部的芽孢便被激活，进行正常的新陈代谢，不断诱导碳酸钙沉淀，实现裂缝的自修复。

上述目的是通过如下技术方案实现的：

一种煤矿巷道锚固喷浆微生物自修复体系，其特点在于该微生物自修复体系包含微生物自愈合胶囊和锚固喷浆主体材料，其中微生物自愈合胶囊包含囊壁，囊壁中包裹着微生物孢子、底物，其中微生物自愈合胶囊的制备方法如下：

（1）根据细菌孢子的种类选取底物，每150g水中含2.5-3.5g细菌孢子干粉，使其在水中分散均匀，然后将底物加入到分散均匀的混合液中，按照细菌孢子与底物的质量比为1：100-120混合，搅拌均匀使其成团；

（2）将上述团状混合物加入到多功能造粒机中挤出，造粒机网孔板目数为30-45目，同时打开冷却系统，保持物料温度为2-5℃，将挤出的条形物加入到滚圆机中滚圆，最后再经过35-40目筛分，在2-5℃下烘干即可得到粒径单一的微粒；

（3）按照微粒：壁材的质量比为1:0.6-1.4的比例称取壁材；

（4）采用真空浸渍法或界面聚合法制备微生物自愈合胶囊。

以上所述微生物自愈合胶囊的囊壁厚为0.5-8μm，胶囊的外半径为3-110μm。

以上所述微生物孢子选自巴氏芽孢八叠球菌、巴氏芽孢杆菌、球形芽孢杆菌、科氏芽孢杆菌、假坚强芽孢杆菌、枯草芽孢杆菌和硝化细菌中的一种或多种。

以上所述底物为肌苷、酵母粉、羟丙基甲基纤维素、微晶纤维素、乳酸钙、硝酸钙、 甲酸钙或乙酸钙中的一种或几种。

以上步骤（4）中采用真空浸渍法制备时，壁材为多孔轻质骨料、海藻酸钠、硅凝胶、黏土颗粒、硅藻土、陶粒中的至少一种；采用界面聚合法制备时，壁材为环氧树脂、三聚氰胺-甲醛树脂，脲醛树脂、聚氨酯、聚乙烯醇和乙酸丁酸纤维素中的至少一种。

另外，以上所述的微生物自愈合胶囊需要与巷道锚固喷浆主体材料混合使用，微生物自愈合胶囊占锚固喷浆主体材料的5-8wt%，其中巷道锚固喷浆主体材料可为水泥类材料、粉煤灰泡沫材料、高分子喷涂材料中的至少一种。

与现有煤矿巷道锚固喷浆材料相比，本发明所述的煤矿巷道锚固喷浆微生物自修复体系具有如下突出优点：

（1）微生物自修复体系可以实现裂缝的自动检测、自动愈合；

（2）细菌可多次修复裂隙，愈合性能具有可持续性；

（3）细菌矿化形成的碳酸钙，与主体材料相匹配，绿色环保，无污染；

（4）胶囊在细菌外部包裹一种保护层，可以很好的保护细菌免受外界环境的影响，提高微生物的寿命；

（5）不用外加培养基，可以实现材料的智能修复；

（6）自修复发生时，只有裂缝影响到的少量微生物孢子被激活，其他微生物孢子仍处于休眠状态，使自修复系统长期有效，同时避免了大量死亡的微生物孢子对锚固喷浆主体材料强度的影响；

（7）本自修复系统由于微生物胶囊大量均匀的分布在锚固喷浆主体材料中，能实现大范围、均匀的修复。