[发明专利]一种煤岩体加固复合增塑剂及应用

说明书

一种硅酸盐改性聚氨酯加固材料专用复合增塑剂，组成如下：10‑80wt％脂肪酸甲酯、5‑50wt％丁醚醋酸酯、2‑5wt％烷基磺酸苯酯、0.5‑2wt％二甘醇二苯甲酸酯。所述增塑剂不仅能提高硅酸盐改性聚氨酯加固材料力学性能、降低反应温度、降低黏度，有限减少安全事故的发生，同时能降低加固材料使用成本。

技术领域

本发明属于煤岩体注浆加固材料技术领域，具体涉及针对聚氨酯类煤岩体加固材料开发的一种专用复合增塑剂。

背景技术

根据中国的能源资源条件、技术经济发展水平，在未来30～50年内，中国以煤炭为主的能源结构不会有大的改变。随着矿井开采规模的扩展和开采纵深方向的延伸，巷道围岩越来越多地呈现出软岩的特性。软围岩体岩性脆，且产生了许多裂隙、节理和断层。这类岩体在实际工程中，一旦被粘土矿物充填或挤压破碎之后，就可能形成力学性能最差的软弱夹层和破碎带，严重影响了煤矿的安全生产。对煤岩体进行注浆加固不仅有效解决松软破碎围岩冒顶片帮等问题，而且能大幅降低回采期间的巷道维护成本。

岩体注浆就是通过液压、气压或电动化学的方法把某些能凝固的浆液注入到煤岩体的裂隙或孔隙中，使煤岩体形成强度高、抗渗性好、稳定性高的新结构体，从而赋予煤岩体较高的强度(固结作用)；或者使煤岩体获得较低的渗透性(抗渗作用)，或者兼而有之。

聚氨酯加固材料为聚醚/聚酯多元醇和异氰酸酯构成的新型加固材料，具有粘度低、凝胶时间可调、抗压强度高、韧性好以及粘结强度高等突出特点，在注浆加固材料中逐步占据领先地位。这类注浆材料是国内外应用最多的一类加固材料，也是目前研究的最为广泛的一类注浆加固材料，但这类材料最大的缺陷是反应温度高、阻燃性差。近年来，利用硅酸盐对聚氨酯进行改性得到的有机-无机复合加固材料逐渐得到青睐，该材料具有本质阻燃、反应温度低、成本低廉等显著优点。

硅酸盐改性聚氨酯加固材料是一种典型的复合材料，该类注浆液固化后，固结体由氨基甲酸酯、碳酸钠和二氧化硅颗粒三相构成。相分布的均匀性严重影响材料的物化和力学等综合性能，如果不能很好的解决有机无机两相间存在的界面差异，会造成浆料互溶性差，黏度和可注性变差、力学性能降低、易出碱等。这些性能缺陷引发了一系列安全事故，严重威胁井下人员的生命安全。增塑剂可克服大分子间直接的滑动摩擦和范德华力产生的黏附力，增加两相互溶性，还可增加物质可塑性和柔韧性。但目前针对硅酸盐改性聚氨酯加固材料体系还没有高效的增塑剂，常规DOP等增塑剂效果较差。因此，研制硅酸盐改性聚氨酯加固材料专用增塑剂已势在必行。

CN101691289A公开了一种新型的用于煤岩体加固的丁苯胶乳改性水泥基注浆加固材料及其制备方法。高性能丁苯胶乳水泥基注浆材料，由普通硅酸盐水泥、丁苯胶乳、减水剂、消泡剂、调凝剂等按一定的质量配比组成。该注浆材料具有较高的水灰比、强的保水性、良好的流动性和可灌性、很好的体积稳定性、浆体凝结时间可控。可保持长时间输送不泌水、施工简单、操作方便。该材料与煤岩体有良好的粘结能力、加固煤岩体具有合适的强度、浆液无毒、价格低廉，可广泛用于各类破碎煤岩体的加固。

发明内容

由于硅酸盐改性聚氨酯体系中的硅酸盐和聚氨酯之间存在巨大的界面差异，因此硅酸盐改性聚氨酯体系普遍存在固结体泛碱，硅酸盐容易出现团聚和应力集中等问题，容易造成固结体机械性能不均匀。为了解决上述问题，本发明开发出了针对该体系的专用多功能复合增塑剂，该复合增塑剂主要优势是：(1)显著提高有机(聚氨酯相)、无机(硅酸盐相)两相间的相容性，降低两相间的表面张力，避免固结体出现裂隙、泛碱、应力集中等现象，大幅提高加固材料固结体的力学强度；(2)显著降低复合体系的运动黏度，从而增加可注性，注浆加固效果更显著；(3)该增塑剂可同时作为活性稀释剂使用，通过简单调整添加比例即可改变反应温度。总之，该增塑剂不仅能提高硅酸盐改性聚氨酯加固材料力学性能、降低反应温度、降低黏度，有限减少安全事故的发生，同时能降低加固材料使用成本。