[发明专利]一种用于粉煤原位固结改性的纳米微泡材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种用于粉煤原位固结改性的纳米微泡材料及其制备方法，包括：硅酸盐水泥颗粒40～60份，植物型水泥发泡剂0.5～1份，聚氨酯匀泡剂0.2份，速度控制剂0.8～1.2份，水玻璃1～2份，早强剂1～1.5份；加入高效分散剂后将硅酸盐水泥颗粒和速度控制剂的粒径粉碎至纳米级；在容器A中加入发泡剂及匀泡剂混合制成待使用发泡液；在容器B中加入上述纳米级硅酸盐水泥颗粒和纳米级速度控制剂，并加入水玻璃及早强剂，在特定环境下搅拌混合成纳米材料浆液；最后将待使用发泡液进行发泡后和纳米材料浆液在静态混合器内混合制成纳米微泡材料。煤层中的松软煤体经过该纳米微泡材料固结后，不仅稳定性高，而且透气效果较好，便于后续瓦斯抽采。

技术领域

本发明涉及一种用于煤体固结的材料及其制备方法，具体是一种用于粉煤原位固结改性的纳米微泡材料及其制备方法。

背景技术

在煤炭开采过程中，随着煤矿开采深度和瓦斯含量的增加，常常会发生瓦斯突出事故，尤其是在高瓦斯极松软煤层中，瓦斯灾害更为严重。目前，为了降低瓦斯突出事故造成的损失，通常采用保护层开采和预抽瓦斯的措施来降低煤层中的瓦斯含量，从而达到安全开采的目的。但是在南方的一些高瓦斯煤矿中，由于开采保护层需要一定的条件，包括煤层间距，煤层赋存，瓦斯含量的等，也就是说先采无突出危险的煤层，使下部突出危险性较高的煤层中的瓦斯释放，而在高瓦斯煤矿中，有的煤层赋存条件达不到要求，保护层开采释放瓦斯效果不明显；另外在高瓦斯极松软煤层中进行顺层钻孔施工时，需要在本煤层进行钻孔施工，钻孔一见煤就会发生严重的突出事故，对施工人员的人身安全有威胁，因此保护层开采和顺层钻孔抽采瓦斯的措施并不适用于这些煤矿，而钻井抽采瓦斯又对地形要求较高，在南方山区地形条件下，钻井抽采瓦斯费用高，实用性不强，所以为了降低煤层中的瓦斯含量，通常采用穿层钻孔施工的措施。

在高瓦斯极松软煤层进行穿层钻孔施工时，由于煤层硬度低，极易形成粉末状，钻孔揭煤后可能会发生喷孔现象，影响施工。因此，为了解决瓦斯喷孔现象，可以考虑将钻孔路径上的含高瓦斯的粉煤进行固结，增强煤体强度，从而防止粉煤和瓦斯喷出。目前，我国已有一些措施用来增强煤体强度，如专利号为CN201610005805.4的发明专利，通过在煤壁上开设三个在空间上相互关联的钻孔，然后注入注浆材料，增强煤体的强度，但是该方法是用来防治煤壁偏帮，顶板冒落，只适用于工作面的煤体加固，且注浆材料透气能力较差，导致煤体固结后瓦斯难以透过煤体固结区，从而无法再进行瓦斯抽采施工，因此其虽能对煤体起到固结作用，但是并不能解决钻孔喷孔问题。

发明内容

针对上述现有技术存在的问题，本发明提供一种用于粉煤原位固结改性的纳米微泡材料及其制备方法，该纳米微泡材料注入煤层中，能有效对煤粉进行固结，从而提高煤层的稳定性，另外固结后的煤层具有较好的透气性，便于后续进行瓦斯抽采的施工。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种用于粉煤原位固结改性的纳米微泡材料，按照质量份数具体组分为：水90～180份，硅酸盐水泥颗粒40～60份，植物型水泥发泡剂0.5～1份，聚氨酯匀泡剂0.2份，速度控制剂0.8～1.2份，水玻璃1～2份，早强剂1～1.5份。

进一步，所述速度控制剂由矾泥，铝氧熟料和生石灰按照质量比2：1：0.8配制而成。

进一步，所述早强剂为三乙醇胺。

一种用于粉煤原位固结改性的纳米微泡材料的制备方法，具体步骤为：

(1)使用高能纳米冲击设备，在常温下通过罐体快速多方向摆动，使磨介在罐内不规则运动并产生巨大冲击力，从而分别将硅酸盐水泥和速度控制剂的颗粒粒径粉碎至60-80nm备用；在对硅酸盐水泥或速度控制剂研磨前向罐体内加入高效分散剂，质量为被粉碎物质质量的0.2％，防止粉碎过程中出现颗粒团聚现象；高效分散剂为已知材料；

(2)在容器A中按照重量份数加入0.5～1份的植物型水泥发泡剂、30～60份的水和0.2份的聚氨酯匀泡剂密封混合后，制成待使用发泡液；植物型水泥发泡剂和聚氨酯匀泡剂均为已知材料；