一种矿用无机封堵防火注浆材料及其制备方法与流程

1.本发明涉及注浆材料技术领域，尤其是涉及一种矿用无机封堵防火注浆材料及其制备方法。

背景技术：

2.注浆材料，是在地层裂隙和孔隙中起充填和固结作用的主要物质，它是实现堵水或加固作用的关键。注浆材料可分为颗粒浆液、化学浆液和精细矿物浆液。
3.目前应用的颗粒性注浆材料主要有单液水泥浆、粘土水泥浆、水泥-水玻璃浆。我国在20世纪90年代粘土水泥浆的成功应用使注浆技术从注浆材料的“水泥时代”进入了“粘土时代”，与单液水泥浆相比，粘土水泥浆具有显著的经济优势：一是浆液的成本低，仅在水泥用量上，就比单液水泥浆节省70％～80％；二是注浆工期缩短40％～60％，并能为冻结—注浆－凿井三同时作业创造条件，大大缩短煤矿井筒的建设周期。近年来随着井筒建设深度的增加，特别是在煤炭供需关系日益紧张的情况下，煤矿井筒建设任务更加艰巨，粘土水泥注浆的经济优势得到了有效发挥。水泥-水玻璃浆液，亦称c-s 浆液。它是煤炭科学研究总院北京建井研究所在60年代后期开发的，以水泥和水玻璃为主剂，两者按一定比例采用双液方式注入，必要时加入速凝剂和缓凝剂所组成的注浆材料。其性能取决于水泥浆水灰比、水玻璃浓度和加入量、浆液养护条件等
4.现有的技术中，对于矿山煤、岩石、山体、隧道以及砖墙的开裂现象，通常采用有机材料封堵的方式处理，典型如填充有机发泡材料或压注法聚氨醋封孔。然而这种采用有机材料封堵裂缝的方式一方面封孔的抗压与抗折强度低，密封性较差，容易出现漏气的现象。并且随着温室效应的加剧，世界各地的温度越来越高，有机注浆材料并不耐高温，在高温的环境下，有机注浆材料极易发生收缩甚至自燃的现象，导致封堵处出现极大的缝隙，大大降低了封堵的密封性。

技术实现要素：

5.针对现有技术存在的不足，本发明的目的是提供一种矿用无机封堵防火注浆材料及其制备方法，此矿用无机封堵防火注浆材料具有防火阻燃、抗压与抗折强度高的特点，可适用于高温的环境。
6.本发明的上述发明目的是通过以下技术方案得以实现的：
7.一种矿用无机封堵防火注浆材料，包括以下重量份的原料：快硬硫铝酸盐水泥48-68份、氢氧化镁10-25份、三氧化二锑5-10份、氢氧化铝5-10 份、水10-15份、硬脂酸钠3-15份、聚乙二醇1-5份、矿渣粉15-25份、钛酸酯改性钠基膨润土15-25份、十溴二苯乙烷5-10份、钢渣粉5-15份、减水剂1-3份、膨胀珍珠岩粉20-35份、明矾10-20份、絮凝剂10-20份、无水石膏2-5份以及膨胀剂0.5-0.6份。
8.本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：所述絮凝剂为羟乙基纤维素或羟丙基甲基纤维素中的任意一种，其分子量均不小于15万。
9.本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：所述膨胀剂为塑性膨胀剂和 uea膨胀剂，且塑性膨胀剂和uea膨胀剂的重量配比为1:2。
10.本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：所述减水剂为木钙减水剂、萘系高效减水剂、聚羧酸系高效减水剂、三聚氰胺系减水剂中的一种或几种。
11.本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：所述的矿渣粉为s95粒化高炉矿渣粉。
12.本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：所述硬脂酸钠与所述聚乙二醇的质量比为3:1。
13.本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：所述三氧化二锑为4phr，所述十溴二苯乙烷为12phr，所述钛酸酯改性钠基膨润土为8phr。
14.本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：快硬硫铝酸盐水泥58份、氢氧化镁17份、三氧化二锑7.5份、氢氧化铝7.5份、水12份、硬脂酸钠9 份、聚乙二醇3份、矿渣粉20份、钛酸酯改性钠基膨润土20份、十溴二苯乙烷7.5份、钢渣粉10份、减水剂2份、膨胀珍珠岩粉27.5份、明矾15 份、絮凝剂15份、无水石膏3.5份以及膨胀剂0.55份。
15.一种矿用无机封堵防火注浆材料的制备方法，包括以下步骤：
16.步骤1，按配方比例称量各组分，先后加入氢氧化镁、硬脂酸钠以及聚乙二醇，然后搅拌混合均匀，在80℃条件下，经过1h的改性时间，获得a 阻燃混合料；
17.步骤2，按配方比例称量各组分，先后加入氢氧化铝、三氧化二锑、钛酸酯改性钠基膨润土、十溴二苯乙烷搅拌混合均匀，使用前加入水混合均匀，获得b阻燃混合料；
18.步骤3、将所述步骤s1中的a阻燃混合料和所述步骤s2中的b阻燃混合料分别与水混合，搅拌均匀后，按配方比例称量各组分，加入矿渣粉、钢渣粉、减水剂、膨胀珍珠岩粉、明矾、絮凝剂、无水石膏、水、快硬硫铝酸盐水泥以及膨胀剂，搅拌均匀后得到注浆材料。
19.综上所述，本发明包括以下至少一种有益技术效果：
20.1.本发明中的矿用无机封堵防火注浆材料中使用了氢氧化镁、氢氧化铝以及三氧化二锑等无机阻燃剂，使得注浆材料不易发生燃烧，从而提升了注浆材料的耐高温性，其中矿渣粉、钢渣粉的加入可以提高材料的强度，同时充分利用废弃资源，矿渣粉、钢渣粉可使本产品比同类产品有更好的密实性和抗腐蚀性，显著提高材料的抗压、抗折、抗渗、抗老化性能。
21.2.本发明中的絮凝剂可使水泥在水中不被冲散，使材料在明水情况下可施工；比同类产品(如水泥水玻璃双液注浆)有更好的抗冲散性。
22.3.本发明是通过压注的方法加固矿山煤、岩石的开裂以及山体、隧道、砖墙，该材料为粉末袋装料。该产品属于无机材料，具有防火阻燃、防渗漏封堵等功能，可适用于高温的环境。符合jc/t 986-2005水泥基灌浆材料、 jtj/t-f50和gb/t50448-2014水泥基灌浆材料应用技术规范的要求。
具体实施方式
23.下面将结合本技术实施例，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述；显然，所描述的实施例仅仅是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施
例，都属于本技术保护的范围。
24.实施例一：
25.本发明公开了一种矿用无机封堵防火注浆材料，包括以下重量份的原料：快硬硫铝酸盐水泥58份、氢氧化镁17份、三氧化二锑7.5份、氢氧化铝7.5份、水12份、硬脂酸钠9份、聚乙二醇3份、矿渣粉20份、钛酸酯改性钠基膨润土 20份、十溴二苯乙烷7.5份、钢渣粉10份、减水剂2份、膨胀珍珠岩粉27.5份、明矾15份、絮凝剂15份、无水石膏3.5份以及膨胀剂0.55份。
26.其中，絮凝剂为羟乙基纤维素或羟丙基甲基纤维素中的任意一种，其分子量均不小于15万。膨胀剂为塑性膨胀剂和uea膨胀剂，且塑性膨胀剂和uea 膨胀剂的重量配比为1:2。减水剂为木钙减水剂、萘系高效减水剂、聚羧酸系高效减水剂、三聚氰胺系减水剂中的一种或几种。矿渣粉为s95粒化高炉矿渣粉，硬脂酸钠与聚乙二醇的质量比为3:1。三氧化二锑为4phr，十溴二苯乙烷为12phr，钛酸酯改性钠基膨润土为8phr。
27.实施例二：
28.本发明公开了一种矿用无机封堵防火注浆材料，包括以下重量份的原料：快硬硫铝酸盐水泥48份、氢氧化镁10份、三氧化二锑5份、氢氧化铝5份、水 10份、硬脂酸钠3份、聚乙二醇1份、矿渣粉15份、钛酸酯改性钠基膨润土15 份、十溴二苯乙烷5份、钢渣粉5份、减水剂1份、膨胀珍珠岩粉20份、明矾10 份、絮凝剂10份、无水石膏2份以及膨胀剂0.5份。
29.其中，絮凝剂为羟乙基纤维素或羟丙基甲基纤维素中的任意一种，其分子量均不小于15万。膨胀剂为塑性膨胀剂和uea膨胀剂，且塑性膨胀剂和uea 膨胀剂的重量配比为1:2。减水剂为木钙减水剂、萘系高效减水剂、聚羧酸系高效减水剂、三聚氰胺系减水剂中的一种或几种。矿渣粉为s95粒化高炉矿渣粉，硬脂酸钠与聚乙二醇的质量比为3:1。三氧化二锑为4phr，十溴二苯乙烷为12phr，钛酸酯改性钠基膨润土为8phr。
30.实施例三：
31.本发明公开了一种矿用无机封堵防火注浆材料，包括以下重量份的原料：快硬硫铝酸盐水泥68份、氢氧化镁25份、三氧化二锑10份、氢氧化铝10份、水15份、硬脂酸钠15份、聚乙二醇5份、矿渣粉25份、钛酸酯改性钠基膨润土 25份、十溴二苯乙烷10份、钢渣粉15份、减水剂3份、膨胀珍珠岩粉35份、明矾20份、絮凝剂20份、无水石膏5份以及膨胀剂0.6份。
32.其中，絮凝剂为羟乙基纤维素或羟丙基甲基纤维素中的任意一种，其分子量均不小于15万。膨胀剂为塑性膨胀剂和uea膨胀剂，且塑性膨胀剂和uea 膨胀剂的重量配比为1:2。减水剂为木钙减水剂、萘系高效减水剂、聚羧酸系高效减水剂、三聚氰胺系减水剂中的一种或几种。矿渣粉为s95粒化高炉矿渣粉，硬脂酸钠与聚乙二醇的质量比为3:1。三氧化二锑为4phr，十溴二苯乙烷为12phr，钛酸酯改性钠基膨润土为8phr。
33.实施例四：
34.一种如上述实施例一、二或三中的矿用无机封堵防火注浆材料的制备方法，包括以下步骤：
35.步骤1，按配方比例称量各组分，先后加入氢氧化镁、硬脂酸钠以及聚乙二醇，然后搅拌混合均匀，在80℃条件下，经过1h的改性时间，获得a阻燃混合料；
36.步骤2，按配方比例称量各组分，先后加入氢氧化铝、三氧化二锑、钛酸酯改性钠基膨润土、十溴二苯乙烷搅拌混合均匀，使用前加入水混合均匀，获得b阻燃混合料；
37.步骤3、将步骤s1中的a阻燃混合料和步骤s2中的b阻燃混合料分别与水混合，搅拌均匀后，按配方比例称量各组分，加入矿渣粉、钢渣粉、减水剂、膨胀珍珠岩粉、明矾、絮凝剂、无水石膏、水、快硬硫铝酸盐水泥以及膨胀剂，搅拌均匀后得到注浆材料。
38.在本发明中，絮凝剂可使水泥在水中不被冲散，使材料在明水情况下可施工；比同类产品(如水泥水玻璃双液注浆)有更好的抗冲散性。通过压注的方法加固矿山煤、岩石的开裂以及山体、隧道、砖墙，该材料为粉末袋装料。该产品属于无机材料，具有防火阻燃、防渗漏封堵等功能，可适用于高温的环境。符合jc/t 986-2005水泥基灌浆材料、jtj/t-f50和gb/t50448-2014水泥基灌浆材料应用技术规范的要求。
39.其中，氢氧化镁是一种环境友好型无机阻燃剂，具有安全、环保、阻燃、隔烟的等特点，被广泛应用于材料阻燃领域。但是，氢氧化镁阻燃的效率比较低，需要向改性体系中大量添加才能达到阻燃要求，添加量要大于50％，这么高的添加量会影响材料的力学性能和加工性能等。需要对氢氧化镁进行改性，降低填充量，降低对材料力学等性能的影响。
40.申请人研究了氢氧化镁粒径对lldpe体系加工流动性能、力学性能和阻燃性能的影响。结果表明，当添加量相同时，氢氧化镁粒径为12500目时的熔融指数大于粒径为4000目时的熔融指数，说明小粒径时体系的加工性能更好；当添加量达到70％，12500目mh/lldpe体系极限氧指数为31.4％，同时兼具较好的加工性能和力学性能。
41.申请人研究了表面改性后的氢氧化镁阻燃效果，通过硬脂酸钠(nast) 和聚乙二醇(peg)复合改性氢氧化镁(mh)，测试体系阻燃性能和力学性能。结果表明，当nast和peg质量比为3：1时，在80℃条件下，经过1h的改性时间， mh的表面活性达到最佳效果，此时活化指数为97.7％，接触角为135
°
，表现出亲油疏水性。当经过改性的mh的添加量为30％时，体系的拉伸强度为12.3mpa，比纯pe-hd的拉伸强度略有降低，但极限氧指数达到24.6％。
42.氢氧化铝也是一种常用的无机环保型阻燃剂，它与氢氧化镁类似，都具有填充、阻燃和抑烟的作用，但要达到理想的阻燃效果，需要大量的填充，会影响体系的整体性能。所以氢氧化铝作为阻燃剂使用，也是需要改性或复配，降低添加量，增加效率。
43.三氧化二锑作为阻燃剂一般与卤系阻燃剂复配使用，一般三氧化二锑粒径越小，阻燃效果越好，添加量也少。以十溴二苯乙烷(dbdpe)/三氧化二锑/偶联剂钛酸酯表面改性赤泥(ti-mrm)为阻燃剂，制备了阻燃低密度聚乙烯复合材料。结果表明，当ldpe为84phr，dbdpe为10.50phr，sb2o3为3.50phr， ti-mrm为2phr时，ldpe复合体系的极限氧指数为30.4％，ul-94垂直燃烧达到 v-o级别。
44.以钛酸酯改性钠基膨润土(na-mmt)/三氧化二锑/十溴二苯乙烷(dbdpe) 为复配阻燃体系，制备了ldpe体系。结果表明，当ldpe为76phr，sb，03为4phr， dbdpe为12phr，改性na-mmt为8phr，ldpe复合体系ul-94垂直燃烧达到v-0级别，极限氧指数为33.8％。
45.本发明中的注浆材料主要性能为:
46.1d抗压强度(mpa)：22.3；3d抗压强度(mpa)：46.1；28d抗压强度(mpa)： 78。
47.1d抗折强度(mpa)：7.2；3d抗折强度(mpa)：10.9；28d抗折强度(mpa)： 13。
48.本发明所述的矿用无机封堵防火注浆材料的技术参数如表1与表2所示。
49.表1矿用无机封堵防火注浆材料的技术参数数据表
[0050][0051][0052]
表2矿用无机封堵防火注浆材料的检验数据表
[0053][0054]
本发明的实施原理为：本发明中的矿用无机封堵防火注浆材料中使用了氢氧化镁、氢氧化铝以及三氧化二锑等无机阻燃剂，使得注浆材料不易发生燃烧，从而提升了注浆材料的耐高温性，其中矿渣粉、钢渣粉的加入可以提高材料的强度，同时充分利用废弃
资源，矿渣粉、钢渣粉可使本产品比同类产品有更好的密实性和抗腐蚀性，显著提高材料的抗压、抗折、抗渗、抗老化性能。
[0055]
本具体实施方式的实施例均为本发明的较佳实施例，并非依此限制本发明的保护范围，故：凡依本发明的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本发明的保护范围之内。

技术特征：

1.一种矿用无机封堵防火注浆材料，其特征在于：包括以下重量份的原料：快硬硫铝酸盐水泥48-68份、氢氧化镁10-25份、三氧化二锑5-10份、氢氧化铝5-10份、水10-15份、硬脂酸钠3-15份、聚乙二醇1-5份、矿渣粉15-25份、钛酸酯改性钠基膨润土15-25份、十溴二苯乙烷5-10份、钢渣粉5-15份、减水剂1-3份、膨胀珍珠岩粉20-35份、明矾10-20份、絮凝剂10-20份、无水石膏2-5份以及膨胀剂0.5-0.6份。2.根据权利要求1所述的一种矿用无机封堵防火注浆材料，其特征在于：所述絮凝剂为羟乙基纤维素或羟丙基甲基纤维素中的任意一种，其分子量均不小于15万。3.根据权利要求1所述的一种矿用无机封堵防火注浆材料，其特征在于：所述膨胀剂为塑性膨胀剂和uea膨胀剂，且塑性膨胀剂和uea膨胀剂的重量配比为1:2。4.根据权利要求1所述的一种矿用无机封堵防火注浆材料，其特征在于：所述减水剂为木钙减水剂、萘系高效减水剂、聚羧酸系高效减水剂、三聚氰胺系减水剂中的一种或几种。5.根据权利要求1所述的一种矿用无机封堵防火注浆材料，其特征在于：所述的矿渣粉为s95粒化高炉矿渣粉。6.根据权利要求1所述的一种矿用无机封堵防火注浆材料，其特征在于：所述硬脂酸钠与所述聚乙二醇的质量比为3:1。7.根据权利要求1所述的一种矿用无机封堵防火注浆材料，其特征在于：所述三氧化二锑为4phr，所述十溴二苯乙烷为12phr，所述钛酸酯改性钠基膨润土为8phr。8.根据权利要求7所述的一种矿用无机封堵防火注浆材料，其特征在于：快硬硫铝酸盐水泥58份、氢氧化镁17份、三氧化二锑7.5份、氢氧化铝7.5份、水12份、硬脂酸钠9份、聚乙二醇3份、矿渣粉20份、钛酸酯改性钠基膨润土20份、十溴二苯乙烷7.5份、钢渣粉10份、减水剂2份、膨胀珍珠岩粉27.5份、明矾15份、絮凝剂15份、无水石膏3.5份以及膨胀剂0.55份。9.一种矿用无机封堵防火注浆材料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤1，按配方比例称量各组分，先后加入氢氧化镁、硬脂酸钠以及聚乙二醇，然后搅拌混合均匀，在80℃条件下，经过1h的改性时间，获得a阻燃混合料；步骤2，按配方比例称量各组分，先后加入氢氧化铝、三氧化二锑、钛酸酯改性钠基膨润土、十溴二苯乙烷搅拌混合均匀，使用前加入水混合均匀，获得b阻燃混合料；步骤3、将所述步骤s1中的a阻燃混合料和所述步骤s2中的b阻燃混合料分别与水混合，搅拌均匀后，按配方比例称量各组分，加入矿渣粉、钢渣粉、减水剂、膨胀珍珠岩粉、明矾、絮凝剂、无水石膏、水、快硬硫铝酸盐水泥以及膨胀剂，搅拌均匀后得到注浆材料。

技术总结

本发明涉及一种矿用无机封堵防火注浆材料及其制备方法，其中矿用无机封堵防火注浆材料包括以下重量份的原料：快硬硫铝酸盐水泥48-68份、氢氧化镁10-25份、三氧化二锑5-10份、氢氧化铝5-10份、水10-15份、硬脂酸钠3-15份、聚乙二醇1-5份、矿渣粉15-25份、钛酸酯改性钠基膨润土15-25份、十溴二苯乙烷5-10份、钢渣粉5-15份、减水剂1-3份、膨胀珍珠岩粉20-35份、明矾10-20份、絮凝剂10-20份、无水石膏2-5份以及膨胀剂0.5-0.6份。此矿用无机封堵防火注浆材料具有防火阻燃、抗压与抗折强度高的特点，可适用于高温的环境。适用于高温的环境。