矿用MDI-50型聚氨酯加固材料的制备及性能研究

聚氨酯注浆加固材料在煤矿井下使用过程中需保证其力学强度及降低材料注浆过程的反应温度，因而针对添加阻燃剂和通过化学反应以改变材料结构的阻燃改性方法研究极其重要。为了有效提升聚氨酯加固材料力学性能和阻燃性能，在聚氨酯加固材料B组分中引入异氰酸酯和扩链剂预聚工艺，有效合成MDI-TMP加成物，从而整体提高硬段交联程度。通过红外光谱、万能力学试验机和热重、凝胶渗透色谱研究预聚温度对MDI-50型聚氨酯加固材料力学性能和阻燃性能的影响。研究结果表明：最高反应温度、抗压强度和拉伸强度随预聚反应温度增加而升高，预聚温度为80℃时所制得的聚氨酯加固材料力学性能最佳；极限氧指数主要由阻燃剂添加量决定，预聚体的结构对其影响不大。MDI-50型聚氨酯加固材料的反应速率可调，反应温度上升平缓，凝结后具有较高的力学性能，可满足聚氨酯注浆材料在煤矿加固应用的要求。     

聚氨酯基注浆加固材料大样反应温度及释放气体试验研究

注浆加固材料在预防和解决井下煤（岩）体冒顶、片帮等问题时具有独特作用,而聚氨酯和硅酸盐改性聚氨酯是应用最广泛的2类材料。针对这2类注浆加固材料,为掌握其在大体积注浆下反应放热规律和释放毒害气体种类,研究了材料种类、注浆量、测试点位置等对材料最高反应温度的影响,对比了不同注浆量及相同注浆量不同注浆材料的放热规律。结果表明:材料种类对最高反应温度影响较大,100 kg注浆量下硅酸盐改性聚氨酯材料最高反应温度约106 ℃,聚氨酯材料最高反应温度约140 ℃。实验室条件下,注浆量对聚氨酯材料最高反应温度的影响不大,在100 kg和500 kg下最高反应温度均在140 ℃左右。同时,注浆量、材料种类和测试位置等对材料散热速率具有显著影响。     

矿用高分子注浆加固材料性能特点及研究方向

分析了高分子注浆加固材料的性能缺陷及其在煤矿井下应用中的不足,指出材料本身反应温度过高、阻燃性不够、应用针对性不强等是井下高分子注浆加固材料引发次生灾害的主要原因。因此,提出反应温度低、无有害阻燃剂掺加和成本低廉等是未来高分子注浆加固材料的研究方向。     

无卤聚氨酯注浆加固材料的性能研究

为解决有机注浆加固材料有机氯含量高,导致以煤炭资源为原料的化工企业中变换催化剂中毒失活的问题。采用一步合成法,以自研发的无卤阻燃剂为原料,制备了无卤聚氨酯注浆加固材料,表现出优异的力学性能、阻燃性能和稳定性能。红外光谱表征结果表明,制备的加固材料具备聚氨酯聚合物交联结构,在山西晋煤寺河煤矿应用结果表明,该材料可有效控制矿井中冒顶片帮等事故的发生,保证煤矿回采安全性。同传统聚氨酯材料相比,制备的无卤聚氨酯加固材料卤素含量低至272 mg/kg,有效地解决了煤化工企业中变换催化剂中毒失活的问题。     

钾长石的绿色化综合利用工艺

针对辽宁某地钾长石的特点,设计了一条绿色化综合利用工艺流程。采用Na2CO3中温焙烧,在较低温度下破坏钾长石的结构。碱溶焙烧熟料得到Na2SiO3溶液和K、Na、Al的富集渣。碳分Na2SiO3溶液制取白炭黑。酸化K、Na、Al的富集渣,经水浸、过滤得到白炭黑和含K、Na、Al的溶液。Na2CO3沉铝得到Al(OH)3与K、Na分离。Na2SO4、K2SO4循环至一定浓度后分步结晶得到Na2SO4和K2SO4晶体。可采用CO还原Na2SO4制得Na2S。整个工艺流程实现了Si、K、Na、Al的综合利用,无废弃物排放。     

聚氨酯加固材料的增强增韧及工程应用

为达到预期加固效果,并确保施工安全,基于煤矿井下现场工程特点,分析了地质条件对注浆材料性能的要求,探讨了巷道不稳定的影响因素,研究了聚醚多元醇种类和异氰酸根指数对加固材料强度和韧性的影响;通过改性使材料的抗压强度高达85 MPa,黏结强度达6.2MPa,并兼具适宜的韧性。结果表明:通过改变聚醚多元醇参数和异氰酸根指数,可实现对聚氨酯加固材料强度和韧性的调控;适宜的材料性能和合理的支护方式可有效控制巷道变形,显著提高巷道稳定性。     

水玻璃参数对改性聚氨酯注浆材料稳定性的影响

目前煤矿井下采掘工作面应用较多的注浆加固材料主要是聚氨酯类和水玻璃改性聚氨酯类材料,但后者因材料本身不燃、反应温度低等优势,逐渐成为最广泛的工作面超前注浆加固材料,但该材料在实际注浆中经常出现双组分中白料分层现象。为达到加固效果,并确保施工安全。探究了水玻璃中关键参数对白料体系稳定性的影响,如模数、波美度和铁离子含量;记录了不同参数下白料的析出量,且利用分光光度法测定了样品的铁离子含量;同时,利用傅里叶红外光谱剖析了析出物质的主要成分。结果表明:3.3高模数水玻璃极易造成体系凝胶,模数2.4、2.7对体系析出量影响不大,最终均造成4.0～5.0 mm的析出。但模数2.4的稳定性相对较好,且相同参数不同厂家水玻璃品质差异较大,其中2.4HP-50样品早期析出相对缓慢,1—7号样品铁离子质量分数为0.006 5%～0.035 0%,其中6号棕褐色样品铁离子质量分数最高,达0.035%。但铁离子含量与析出量无正相关关系,不是影响体系分层的主要因素。3—6号样品析出物红外谱图基本一致,可判定析出物质成分相同,经进一步特征峰分析,发现析出主要是甘油和催化剂。因此,体系析出主要因胺类催化剂打破了水玻璃胶体电荷平衡,依据相似相溶理论,醇胺类催化剂将甘油一起带出体系造成白料分层。     

岩石钻粉制备注浆材料特性研究

针对煤矿井下岩石钻粉处理难和注浆加固材料使用成本高的现状,以穿层钻孔施工时产生的岩石钻粉为主要原料,配以普通硅酸盐水泥和少量添加剂,制备出具有良好性能的新型注浆加固复合材料。研究了不同龄期、不同岩石钻粉掺量对复合材料的力学强度和孔隙结构的影响,通过红外光谱（IR）和扫描电镜（SEM）对硬化过程的水化产物进行了分析。研究结果表明：复合材料的微观结构密实,水化产物与岩石钻粉结合紧密;岩石钻粉的掺入改善了复合材料的孔隙结构,使得孔隙率降低,骨架密度增大,结石率提高。     

某露天铁矿地下采空区废石充填胶结加固研究

露天矿地下采空区的存在对矿山安全生产是一种极大的隐患.针对某露天铁矿一些特殊部位的采空区,如最终边帮下方或地表构筑物下方,因为无法通过爆破崩落法处理,采用胶结充填加固处理为最佳.根据采空区地质现状和充填治理工艺,经测算试验得到所需的最大注浆压力等数据.参考注浆料的制备工艺和基本性能要求,配置不同的注浆料进行试验和测算,选定最佳的注浆料:５％水泥、９５％碎石粉,１∶４水灰比.使用该材料充填采空区可以完全满足要求,保证了边坡的稳定.     

橡胶-粉煤灰基矿井底板裂隙注浆材料性能的试验研究

目前针对千米深井高水压、易突水等难题,提出了“疏水降压、注浆加固”矿井防治水技术,这要求注浆材料具有“高强度、强稳定、易流动、低成本”等性能。“高强度”可以通过添加纳米增强材料来达到;“强稳定”可以通过优选易固结、难分散原材料,调整拌和条件来实现;“稳流动”可以通过调整添加原料粒径,增加界面摩擦性来实现;“低成本”可以选用现存亟待处理的大规模工矿固废产物,辅以少量添加剂来实现。针对存在的上述问题,以注浆加固煤层底板为目标,以大规模利用工矿废弃物为方向,通过利用废弃轮胎橡胶颗粒、粉煤灰与黏土为主体材料,辅以少量外加剂,采用正交试验方法,对固废注浆充填材料的基础性能开展试验研究。分析了不同橡胶颗粒掺量与外加剂的影响,得出了其对注浆结石体的流动度、力学性能、矿井水环境下稳定性、抗渗性能与微观结构性能的影响。研究结果表明：当橡胶颗粒掺量为20%、粉煤灰掺量65%、黏土掺量15%,纳米二氧化硅掺量为固体粉料掺量的1%时,注浆浆体的流动度为293 mm,注浆结石体的28 d抗压强度为11.7 MPa,结石体的抗渗压力为0.8 MPa,所得试验结果能够满足现场注浆加固需求,对大规模底板裂隙注浆加固具...     

新型矿用化学注浆材料的研制与应用

针对传统聚氨酯类加固材料反应热量和阻燃性限制其应用范围的缺陷,研制了一种反应热量低（最高温度为98℃）、阻燃等级高（无机材料与有机材料结合）、抗压强度高（大于40MPa）的新型注浆加固材料。通过在乌兰矿5767工作面应用效果表明,新型注浆加固材料有效控制了该工作面顶板破碎引起的冒顶和片帮现象,大幅提高工作面回采速度,保证了安全生产。     

岩溶裂隙发育地层帷幕注浆材料性能及适用性研究

针对某矿区岩溶裂隙发育地层突水灾害帷幕注浆治理工程,开展适用于岩溶裂隙发育地层帷幕注浆材料的性能及适用性研究。通过室内试验对硅酸盐水泥单液浆、水泥-粉煤灰浆液、水泥-粉煤灰-黏土浆液基本性能以及最佳配比进行研究,并根据该矿区地层性质及帷幕注浆扩散方式要求,从材料性能、技术可行性、注浆过程控制、治理效果及经济环保性等方面系统研究了注浆材料适用性,对注浆实际工程材料选择提供参考及指导。研究结果表明:浆液水固比是影响浆液结石体强度、黏度、结石率、凝结时间等基本性能指标的主控因素,粉煤灰及黏土掺量配比也会影响复合材料基本性能参数。根据提出的注浆材料适用性评价方法以及不同配比不同类型材料性能参数,确定了不同区段注浆材料及配比等注浆参数,对该矿区突涌水进行了有效封堵。     

煤矿矸石山灭火治理与自燃预警技术研究

为有效治理煤矿矸石山的自燃及防止灭火后的矸石山二次复燃,从矸石山自燃原理、灭火方法和灭火材料选择等方面进行了分析。以石灰、黄土、粉煤灰、电石渣为注浆材料,采用注浆法和自主研发的温度在线检测、远程无线传输和温度超限报警的自燃预警技术装置,对寺河煤矿自燃矸石山进行了灭火和自燃预警应用,取得了良好效果。     

注浆封孔材料的性能及其膨胀机理研究

注浆加固巷道围岩是矿山支护的新技术之一,钻孔封堵材料是注浆加固技术研究的一个重点。本文介绍了一种以高铝水泥、石灰、石膏等为主体材料的速凝高强膨胀性封孔材料,测定了该材料的凝结时间、膨胀率和强度等特性并对其膨胀机理进行了探索。结果表明,所研制的速凝高强膨胀性封孔材料凝结时间适当、膨胀率较大、强度较高,能够满足矿山注浆加固封孔的要求。材料的膨胀机理在于水化产物钙矾石具有较小的晶体尺寸并呈放射状分布。     

综合注浆封堵全深冻结井筒井壁渗漏(涌)水技术

 摘 要：目前我国全深冻结立井井筒主要采用双层钢筋混凝土塑料夹层复合井壁支护结构形式,但它并没有从根本上解决冻结井壁开裂渗漏水难题。本文针对陕西彬长集团胡家河煤矿主立井全深冻结井筒井壁渗漏水及井筒里程位置471.8m箕斗装载硐室I号检修通道冷冻管大量集中涌水水害技术难题,在分析研究井壁渗漏水原因及冷冻管环形空间导水通道导水机理的基础上,采用分段下行、段内上行壁间、壁后及冷冻管环形导水通道综合注浆、对点注浆、连续注浆及安装孔口防喷装置解决了井壁渗漏水问题;创新运用锚拉水闸强、围堰法埋设导水管、立井冷冻管环形导水通道逆流引流注浆技术彻底解决集中涌水水害难题,整个井筒堵水率达到了95.3%,能够为其它类似注浆施工提供指导作用。     

PH2800XP电铲铲唇耐磨材料的研制与应用

根据露天煤矿大型电铲铲唇的工作条件和性能要求,研制了一种PH2800XP电铲铲唇用耐磨材料ZG30CrMnSiNi2,研究了不同的热处理工艺对其组织和力学性能的影响。结果表明,900℃奥氏体化淬火、正火后随回火温度的提高,试验材料的强度和硬度逐渐降低,冲击韧度先降后升,350℃回火出现脆性,冲击韧度达到最低值,超过350℃回火冲击韧度升高。正火、淬火后200℃回火具有较高的强度和一定冲击韧度,550℃以上回火具有良好的强韧性配合,研制的PH2800电铲铲唇经过露天煤矿的应用,取得良好的应用效果。     

面向绿色矿山的注浆关键技术与工程示范

针对地表塌陷、水资源破坏、煤基固废堆积等问题,系统性提出了煤炭绿色开采“减沉、增载、处废、控水”一体化的多元耦合注浆技术体系,并成功示范。具体内容有：(1)综合利用理论分析、数值模拟、现场探测(钻探、超声成像、井下电视、光纤监测)等手段,研究了采动空隙空间与原生裂隙空间发育演化规律,尤其是将分布式光纤技术应用于离层空间探测,实现了注浆空间的精准识别。(2)利用煤基固废(煤矸石、粉煤灰)等制备了应用于不同场景的多源无机高性能注浆材料,将煤矸石作为离层注浆材料实现了规模化处置,同时研发了具有水下抗分散性、高体积系数、高塑性强度的新型KEP注浆堵水材料。(3)将丛式井技术运用到离层注浆孔钻探施工,有效规避采动超前破坏;集成研制了全天候、高泵压、大流量智能化注浆系统;应用补强注浆工艺,强化注浆减沉效果。(4)提出了注浆效果监测检测技术体系,重点阐述了钻探取芯与测井相结合的钻孔检测方法。(5)形成了以离层注浆减沉处废、垮落带注浆处废、老空区注浆增载处废和顶板裂隙注浆控水为核心的智能化技术体系,并在夏店煤矿、新浦磷矿、曹家滩煤矿、高家堡煤矿进行了工程示范,为我国绿色矿山建设提供了新思路。     

Assessment and Grouting of Water Inrush Induced by Shaft-Freezing Holes in the Yingpanhao Coal Mine,Inner Mongolia,China

To better understand water inrushes originating from shaft-freezing holes, the hydrogeological conditions and water source were analyzed for a typical inrush case in the Yingpanhao coal mine in western China. The mechanism of this new type of water inrush was identified by considering the stratum movement caused by mining, the concentric annular channels of freezing holes, and the dynamic recharge of multiple aquifers. A new risk assessment model and corresponding grouting method were developed and the problems involving the prediction of water inrush and selection of the optimum grouting position were described. Detailed guidelines for grouting, including the layout of injection boreholes, slurries, grouting pressure and stopping criteria, were proposed. A grouting case targeting this type of water inrush in the Yingpanhao coal mine was introduced. Field studies indicated that open, concentric annular freezing hole channels provide favorable conditions for groundwater migration. The proposed method may effectively inhibit groundwater migration in multiple aquifers and prevent water inrushes through shaft freezing holes and provides an appropriate framework for water inrush prevention for similar mining areas in western China.