新型化学建材在煤炭行业中的应用
摘要：本文主要综述了化学建材在煤炭开采领域中的应用情况。针对煤炭开采过程中建材消耗最大的充填和灌浆领域，对相关化学建材做分类总结，简要介绍了不同种类的化学的建材研究现状和发展方向。 关键词：化学建材煤炭开采灌浆
0 引言
近二十年来我国经济一直保持平稳快速的增长态势，对于能源的旺盛需求促进煤炭开采业的蓬勃发展，大批的大规模、高效率的现代化矿井投产。截至2012年，我国千万吨以上的矿井已达58座。过快的开发速度，带来了大量安全和效率问题，仅去年一年我国煤矿就出现了3次重大安全事故。排除人为原因，传统矿区采深加大，开采条件恶化等客观因素也是不可忽略的。对于大断裂带、软岩、破碎围岩等复杂地质条件的治理以及水害、瓦斯的防治，传统的泥沙、水泥、木材等普通建材和施工技术已经很难适应现代安全、快速高效的煤矿生产要求。过去应用于的隧道、桥梁、水利和市政建设的化学建材正逐渐进入煤炭开采行业，对有效解决复杂地质条件煤岩体加固、渗水和涌水快速治理、孔洞和空穴快速封闭等问题具有极强的针对性，是煤矿生产的高效性和地下工程的安全性有力的保障。充填和灌浆作为煤炭开采行业中建材用量最大的领域，也是化学建材研究和应用最为 深入广泛的领域，本文将针对这两个领域中常用的化学建材的研究应用情况和发展方向做主要介绍。
充填技术是绿开采的重要组成部分[1-2]。发展充填开采技术不仅可以解决煤矿开采带来的环境破坏问题，同时还能最大程度地提高“三下”压煤采出率。充填材料强度是充填技术的核心，对充填质量的优劣、充填成本的高低以及充填开采控制地表沉陷的效果起着决定性作用，发展充填技术的关键是研究成本低廉、性能可靠的充填材料。水泥目前仍是矿山胶结充填的主导胶凝材料。适用于矿山胶结充填的水泥品种一般为标号325的普通水泥、矿渣水泥及火山灰质水泥，其中应用普通水泥最为广泛。在胶结充填中，水泥材料费用一般占充填成本的60％～70％以上，因此减小水泥用量或者寻求廉价胶结剂是节约充填成本的主要途径。随着矿山充填技术的发展，充填材料和工艺在不断改进和创新的过程中得到了发展。在水砂充填基础上发展起来的胶结充填技术经历了低浓度胶结充填、高浓度胶结充填和膏体泵送充填及高水速凝材料固结充填2个主要阶段[3-6]。
1.1高水固化胶凝材料[5]金雪松
高水固化材料是以铝矾土为主料，以多种无机原料和添加剂等经过破碎、烘干、配料、均化，烧制以及粉磨等工艺．制成甲乙两种固体粉料主甚包括高铝水泥、石灰、石膏、速凝刺、解凝剂、悬浮剂等，
邻苯二甲酸酐
一般加入全尾砂作为填料。高水材料具有高水性能、速凝早强性能、悬浮性、流动性和可泵性，再生
强度性能，材料无薄、无害、无腐蚀性等优点。村料成本低于水泥成本。是替代水泥的矿山充填优势胶结材料。
计算机在线应用
恐惧的总和1.2新型矿渣胶凝材料
北京矿冶研究总院与加拿矿物能源技术中心(CANMET)合作研究，正在开发矿山新型充填胶结材料，这种胶结剂是利用矿山废料和冶金废渣制成，是完全可以替代水泥的胶结充填材料，且成本低廉，能减少废料排放和环境破坏。新型矿渣胶凝材料属于资源节约、环境友好型新材料，具有广阔的应用前景。
1.3其他胶凝材料
粉煤灰在部分替代部分水泥时能有效改善充填料活性及流动性，同时也环保节约，正逐渐得到推广应用。冶炼炉渣已广泛应用于水泥工业制造矿渣水泥，目前国内矿山用炉渣作为填充料主要是利用没有经过磨细的高炉炉渣和铜、镍冶炼炉渣作为填充骨料的一部分，能有改善充填料浆活性和提高充填料浆浓度[7]，如大冶有金属公司利用铜绿矿山利用铜水淬渣作为充填骨料，云南会泽铅锌矿利用全尾砂-水淬渣进行膏体充填。
地质聚合物[8]是一类新型的胶凝材料，合成的原料以无机非金属矿物和工业废渣为主，主要有效成分为铝—硅酸盐，具有早期强度
高，耐酸碱腐蚀，耐热耐高温、吸收及固定重金属离子等性能，可替代水泥广泛应用于井下胶结充填。
明星网2 化学灌浆材料
化学灌浆是化学与工程相结合，应用化学科学、化学浆材和工程技术进行基础和混凝土缺陷处理，保证工程的顺利进行或借以提高工程质量的一项技术。该技术最早出现于19世纪末[9]，德国人Jeziorsky 通过向两个孔里分别注入浓硅酸钠和凝结剂第一次实现化学灌浆，并因此获得专利。我国对化学灌浆技术的研究始于上世纪50年代，为解决长江三峡工程基础加固和混凝土裂缝处理的问题，由国家科委牵头，长江科学院、中国科学院广州化学研究所等部门对环氧树脂和甲基丙烯酸甲酯类材料进行了研究[10-11]，很快取得了成果并推广应用。国外常用的化学灌浆浆材品种，我国基本上都已开发出来，如环氧、甲凝、丙凝、丙烯酸盐、酸性和碱性水玻璃、水溶性和非水溶性及弹性聚氨酯、脲醛树脂、铬木素等。ctp2000
2.1 聚氨酯类灌浆材料
聚氨酯(PU)灌浆材料是20世纪70年代发展起来的一种高效灌浆材料，基本原料为多异氰酸酯和含羟基的化合物，可分为油溶性聚氨酯(PM)浆液和水溶性聚氨酯(SPM)浆液两大类。PM浆液，固结体力学性能优，抗渗透性好，是加固、堵漏兼具的材料，多用于地下工程的煤体和岩体加固[12]。该类材料用
做加固用途时，可以迅速渗入岩
体中的隙缝，包裹破碎岩块并固化，将破碎岩块重新粘结成一个整体，从而提高其负载能力达到加固的目的。SPM浆液具有环保性好、包水能力强、渗透半径大等优点，在煤炭行业中主要用于动水堵漏，土质表面的防护等。该类材料以环境水作为稀释剂和固结剂，遇水后膨胀率倍数高（可达3倍以上），即使在流水和涌水条件下也可实现快速封堵。
目前，国内常用PU类的灌浆材料主要为玛丽散和罗克休泡沫等。但普通双液型PU灌浆材料的反应过程过于激烈，容易引起氧化自燃，严重地制约了该类材料的推广和应用。国内外的大型化工企业针对现有产品缺陷，正着眼于开发环保性好且性能稳定的新型PU灌浆材料。波雷因是一种有机高分子双液型改性PU注浆材料，在灌浆过程中的最高反应温度不超过120℃，通过加入高效抗氧剂，将其反应生成物的抗氧化温度提高到135℃左右，有效地解决了PU灌浆材料自燃的难题。
2.2 环氧树脂类灌浆材料
环氧树脂泛指分子中含有两个或两个以上环氧基团的有机高分子化合物。该类灌浆材料以热固性环氧树脂作为主要成分，通过交联固化形成牢固的立体网状结构。其主要优点是粘结力强并可常温固化，固结体的强度高，耐酸、碱和溶剂侵蚀。其缺陷也较为明显：1）黏度过高，灌注能力不足；2）潮湿界面会导致其粘结强度显著降低；3）固结时间过长。为改善环氧材料的可灌性，常采用稀释或者改
性
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