一种自膨胀型矿用无机粉体发泡充填材料制造技术

本发明专利技术涉及一种自膨胀型矿用无机粉体发泡充填材料，包括按重量计：水硬性胶凝材料82～96份、引气剂1～5份、反应型化学发泡剂1～5份、早强剂0.5～2份、增稠剂1～5份、稳泡剂0.5～1份和促凝剂1～5份。本发明专利技术的发泡充填材料，其具有与2～3倍的水混合经螺杆式注浆远距离输送的特点，能够实现大水料比远距离输送；浆液在输送过程中不断发泡膨胀，浆液出管口后膨胀倍数大、在材料完全凝固前还具有一定的自膨胀性、永久性固结、发泡体不收缩不坍塌、体积稳定等优异特性。本发明专利技术产品具有优异施工性能，在输送管道内流动性较好，发泡体比重较小且强度高，适于对煤矿井下高冒区、上下隅角等处的充填密闭处理，尤其是对不规则冒落空间的充填，借助材料的自膨胀性实现密实的接顶作用。

【技术实现步骤摘要】
一种自膨胀型矿用无机粉体发泡充填材料
本专利技术涉及一种煤矿充填密封用发泡材料，尤其是一种具有自膨胀性能的矿用无机粉体发泡充填材料。
技术介绍
煤矿井下在治理冒顶、孔穴空区、采空区瓦斯积聚空区、上下隅角空区等等常采用向内部充填轻质泡沫材料的方法；煤矿井下快速构筑临时密闭墙，需要快速充填发泡类材料或黄土以密闭瓦斯等有害气体；煤矿井下采空区或废旧巷道由于煤层自燃特性容易发生煤层着火，需要快速充填密封密闭耐高温类防灭火材料等。我国用在煤矿井下的充填材料和防灭火类充填密封密闭类材料用量相当大，传统的方法措施有黄泥、煤矸石、粉煤灰、水泥砂浆等填充物；而近年来，酚醛树脂类充填材料、聚氨酯类充填材料、发泡水泥等等逐步替代了传统的黄泥等填充物。目前发泡充填材料主要包括有机高分子发泡充填材料和无机发泡充填材料。而有机高分子发泡充填材料，如酚醛树脂结构为主体的发泡充填材料和聚氨酯类发泡充填材料，这些材料的缺点是产品反应温度高(100℃甚至更高)，且容易挥发有害性气体如甲醛等，在高瓦斯矿井里使用存在严重的安全隐患。另外，而为达到阻燃要求，产品配方往往会添加有机氯、有机溴和有机磷类阻燃剂，这类阻燃剂在高温或燃烧下会产生大量有毒烟雾，直接造成井下呼救器失效，直接对矿井工作人员生命健康带来危险。此外，有机高分子充填材料价格昂贵，不利于煤矿生产成本控制。而一些无机发泡充填材料，虽然反应温度低、成本相对较低，但存在膨胀倍数低(约200～300％)、成型固化后比重大(如CN102850003B干密度高达500～750kg/m3)、成型过慢、凝结时间过长(＞4h)等性能不足之处，具体包括：1)比重大、发泡倍数低，高比重对顶板等部位带来过大压力，不适合用于煤矿井下高冒区、上下隅角等充填密封密闭，高冒区的支护安全性难以达到。由于发泡倍数低、单方比重大，因而材料用料量较大，成本也较高。2)反应时间过长，流动性过大，发泡体堆积性能很差，不适合在特定区域空间内充填密封密闭，或对特定区域的紧急快速充填密封的防灭需求。材料充填后容易坍塌流失到四处，无法快速充填密封特定的空间并有效地接顶实现整体性密闭，从而导致一系列的如瓦斯泄漏聚集、或火区复燃情况发生等安全隐患。而另一些现有充填材料的凝固时间过快、不便于远距离施工，对施工带来较大的人力成本和施工难度。3)充填质量不稳定的缺陷：泡沫渗透能力不足、无法良好地接顶、充填后存空隙、着力不够、难以达到可靠有效密封密闭的目的，尤其不适用于高冒区、上下隅角等处的充填处理。由于人为的充填动作，不能精确地保证填充材料已充至满每个角落，特别是对不规则冒落空间的充填，客观上也很难做到过盈充填，而现有无机发泡充填材料充填后成型过程中不再具有再次发泡膨胀能力，因此不能自行膨胀接顶或者即使接顶但接顶不密实，由此导致一系列的如瓦斯泄漏聚集等安全隐患。4)部分现有充填材料的发泡剂为偶氮类、胺类或磺酸盐类化学发泡剂，环境污染严重。
技术实现思路
为了解决现有技术的上述问题，本专利技术提供一种自膨胀型矿用无机粉体发泡充填材料，具有高水料比、膨胀倍数大、低比重、在材料完全凝固前仍具有二次自膨胀性，可用于对高冒区、上下隅角等处的充填处理，尤其是对不规则冒落空间的充填，借助材料的自膨胀性实现良好与密实的接顶作用，从而达到有效可靠的密封密闭的技术效果，进一步减少因充填质量问题所带来的安全隐患。为了达到上述目的，本专利技术采用的主要技术方案包括：一种自膨胀型矿用无机粉体发泡充填材料，包括按重量份计：水硬性胶凝材料82～96份、引气剂1～5份、反应型化学发泡剂1～5份、早强剂0.5～2份、增稠剂1～5份、稳泡剂0.5～1份和促凝剂1～5份。水硬性胶凝材料是指在建筑工程中能将散粒材料或块状材料胶结成一个整体的材料。它不仅能在空气中，而且能更好地在水中硬化，保持并继续发展其强度。优选地，作为本专利技术的一个较佳实施例，所述水硬性胶凝材料为选自硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥、硫铝酸盐水泥、铝酸盐水泥、石膏粉末中的一种或几种。其中，硅酸盐类水泥(硅酸盐水泥和普通硅酸盐水泥)的主要水硬性物质是硅酸钙、铝酸盐类水泥的主要水硬性物质是铝酸钙、硫铝酸盐水泥的主要水硬性物质是硫铝酸钙。它们的水硬性物质不同，性质各异，如铝酸盐类水泥凝结速度最快，且早期强度高，耐热性能好而且耐硫酸盐腐蚀，而硫铝酸盐水泥硬化后体积会膨胀，因此硫铝酸盐水泥是优选。优选地，作为本专利技术一个较佳实施例，所述引气剂是由植物蛋白发泡剂粉剂、动物蛋白发泡剂粉剂、松香类引气剂中的两者或三者复配所得。优选地，所述引气剂中的动物蛋白发泡剂用于水泥发泡的特点是发出的泡沫是闭孔，因此抗渗透性能非常好。但动物发泡剂产品成本较高、耗用量较高、有难闻气味等，因此与植物蛋白发泡剂组合使用，可减少动物蛋白发泡剂的用量。其中，植物蛋白发泡剂具有优异的起泡性能和发泡效率，泡沫丰富，相对耗量少，制作的发泡水泥内部气孔为连通状，因此浆料和成型固化体的比重，减少对顶板的压力。在本专利技术中，动物蛋白发泡剂和植物蛋白发泡剂与铝粉配合使用，在铝粉与水泥水合产生的碱发生化学反应，生成大量氢气时，同时激发动物蛋白发泡剂和植物蛋白发泡剂进行发泡。动物蛋白发泡剂和植物蛋白发泡剂均属于物理发泡剂，且PH值接近中性，对水泥和金属无腐蚀性，对环境不产生污染，产生的泡沫表面强度很高，泡沫极其稳定，具有良好的泡沫稳定性，还具有减少稳泡剂用量的作用。优选地，作为本专利技术的一个较佳实施例，所述发泡剂优选为水泥水化过程中能产生无害型气体的无机粉体发泡剂，如铝粉、过氧化碳酸钠等无机粉体发泡剂中的一种或几种的混合物。其中，铝粉在本专利技术中起到水泥膨胀剂和发气剂的作用，铝粉会与所述水硬性胶凝材料在水合过程中产生的碱发生化学反应，产生氢气，而使水泥在完全固化成型之前，体积发送膨胀，提高水泥强度的作用。而铝粉在本专利技术中又作为一种不产生任何污染和有害残留的反应型化学发泡剂。在本专利技术一个较佳实施例中，将铝粉、过氧化碳酸钠与植物蛋白发泡剂粉剂、动物蛋白发泡剂粉剂或松香类引气剂复配使用，可获得一种性能最优的干粉发泡剂，其在发泡时无需使用发泡机等发泡设备，直接在铝粉/过氧化碳酸钠与碱水溶液反应生成氢气时，植物蛋白发泡剂粉剂或动物蛋白发泡剂粉剂等被激发产生稳定性良好的泡沫，同时兼顾发泡充填材料的整体成本、保证固化成型体的抗渗透性和降低固化体密度。作为本专利技术的一个较佳实施例，所述早强剂为选自草酸钙粉末、亚硝酸钾粉末、硫酸铝粉末、氟化钠粉末中的一种或几种。加入早强剂的作用在于加速水泥水化速度，促进混凝土早期强度的发展；既具有早强功能，又具有一定减水增强功能。硝酸盐和亚硝酸盐均对水泥水化过程起促进作用。且经大量试验表明硫酸盐系列早强剂能提高混凝土的抗渗性。这些盐类不仅能作为混凝土的早强剂组分，而且还有防冻作用。氟化钠除提高混凝土早期强度外，还有促凝防冻效果，缺点是会使钢筋锈蚀，故可与阻锈剂NaNO2复合使用。使用铝粉作为反应型化学发泡剂时，由于气体的产生会一定程度上影响和阻碍水泥的凝结和固化速度，如果延缓水泥凝结，会招致水泥强度下降或产生水泥异常凝结现象。为此，作为本专利技术的一个较佳实施例，所述发泡充填材料中1～5重量份的促凝剂，可用于加快水硬性材料的凝结，所述促凝剂为选自硅酸钠粉末、熟石灰粉末、碳酸钠粉本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种自膨胀型矿用无机粉体发泡充填材料，其特征在于，包括按重量份计：水硬性胶凝材料82～96份、引气剂1～5份、反应型化学发泡剂1～5份、早强剂0.5～2份、增稠剂1～5份、稳泡剂0.5～1份和促凝剂1～5份。

【技术特征摘要】
1.一种自膨胀型矿用无机粉体发泡充填材料，其特征在于，包括按重量份计：水硬性胶凝材料82～96份、引气剂1～5份、反应型化学发泡剂1～5份、早强剂0.5～2份、增稠剂1～5份、稳泡剂0.5～1份和促凝剂1～5份。2.根据权利要求1所述一种自膨胀型矿用无机粉体发泡充填材料，其特征在于，所述水硬性胶凝材料为选自硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥、硫铝酸盐水泥、铝酸盐水泥、石膏粉末中的一种或几种。3.根据权利要求2所述一种自膨胀型矿用无机粉体发泡充填材料，其特征在于，水硬性胶凝材料86～88份、引气剂2～2.5份、反应型化学发泡剂1～5份、早强剂1.2～1.5份、增稠剂3～4份、稳泡剂0.5～0.6份和促凝剂4～5份。4.根据权利要求2或3所述一种自膨胀型矿用无机粉体发泡充填材料，其特征在于，所述引气剂是由植物蛋白发泡剂粉剂、动物蛋白发泡剂粉剂、松香类引气剂中的两者或三者复配所得。5.根据权利要求4所述一种自膨胀型矿用无机粉体发泡充填材料，其特征在于，所...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴怀国，韩澍，魏宏亮，韩德强，梁海刚，
申请(专利权)人：北京瑞诺安科新能源技术有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11