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文章编号:1003-5923(2004)03-0095-03

加固煤体用聚氨酯材料的性能研究

李强,徐精彩,罗振敏
(西安科技大学能源学院,陕西西安710054)

摘要:介绍了煤矿区松散煤壁加固用聚氨酯材料的构成、材料选取及改性,通过对改性的研究,为用聚
氨酯加固松散煤壁提供了一种行之有效的技术措施。
关键词:松散煤体;聚氨酯;性能研究;加固
中图分类号:TD353文献标识码:B

再发生龟裂、崩坏等现象,从而得到补强。
1前言
6)在含水地层中,浆液的固化不会受到地下
巷道松散煤体易片帮冒顶,造成人员伤亡;即水冲淡的影响。在浆液的反应过程中,基于气体的
使维护后也易进风,造成煤层自燃,从而影响生产,涨泡作用,有效固结区将迅速增大,体积可比其他
为解决松散煤体带来的危害问题,采取灌注材料对化学浆液大得多。
松散煤体进行加固、充填尤为有效。井下环境特7)浆液的粘度可根据具体施工工程的需要进
殊,要求所采用的灌注材料具有与煤体粘性好、有行调节。调节浆液的固化速率也十分简便。
效固结范围大,形成的固结体有一定强度、封闭性8)注浆施工的设备与工艺简单,投资少。
好、质轻、化学性质稳定等特点。由于加固用聚氨
3加固用聚氨酯灌浆材料基材的选取
酯材料可满足以上特性,近年来,国内外学者对加
固用聚氨酯材料进行了大量的研究,并应用于松散一般加固用聚氨酯浆液材料是由末端含异氰
煤体的加固,取得良好效果。酸酯基团的聚氨酯预聚体为基材加上溶剂、催化
剂、缓凝剂、表面活性剂、增塑剂以及其它改性试剂
2加固用聚氨酯材料的特性
等组成[2]。
聚氨酯合成材料(PUR)自1937年由德国人3.1多异氰酸酯化合物的选取
Bayer发明以来,现已广泛应用到各种生产领域,它对于加固煤层,凡是含二官能度以上的异氰酸
具有以下特性:酯化合物均可采用,但具体选择时,要考虑其来源、
1)材质轻、力学性质优良。价格、毒性以及制得的预聚体性能等因素。
2)能与一些添加剂组成化学浆液,遇水后能一般用于合成预聚体的多异氰酸酯有甲苯二
立即与之反应,产生气体,造成体积膨胀并最终形异氰酸酯(TDI)、二苯基甲烷-1,4-二异氰酸酯、
成一种不溶于水的、有一定强度的胶凝体。1,5-萘二异氰酸酯、苯二甲撑二异氰酸酯、己二异
3)其浆液与水反应,逐渐形成不透水的固结氰酸酯以及多甲基多苯基二异氰酸酯等。
层,可用于封堵强烈的涌水和阻止地基中流水。值得指出的是,在合成预聚体中应注意异聚氰
4)在浆液生成固体物质同时,释放出气体。酸酯的官能度数与聚醚多元醇的配合使用。二官
能借助气体压力把浆液材料进一步压进酥松地层能度的异氰酸酯可与任何官能度的聚醚多元醇配
的空隙,使多孔性结构的地层充填密实。合使用。二官能度大于2的异氰酸酯,只能与二官
5)与土粒结合力大,形成高强度的弹性固结能度的聚醚二元醇配合使用,否则,预聚体粘度过
体。能充分适应地基的变形,一旦固结,使地基不大甚至胶凝。

收稿日期:2004-02-16
基金项目:国家杰出青年基金资助项目(50125414)
作者简介:李强(1980-),吉林省吉林市人,现为西安科技大学能源学院安全技术与工程专业硕士研究生。

矿山压力与顶板管理2004.№3·95·
3.2多元醇的选取胶时间与三乙胺催化剂用量之间的关系。由图可
由于加固支架松散煤顶的聚氨酯材料属油溶看出,胶凝时间受催化剂影响很大。催化剂用量质
性聚氨酯灌浆材料,多元醇应选取聚氧化丙烯多元量分数在0.3%～2%范围内,随着催化剂用量的
醇。选用有机多元醇的分子量大,制得的灌浆材料增加,浆液胶凝时间迅速缩短。但大于2%后,催
强度小,弹性好。选用有机多元醇分子量小,则制化剂作用不明显,反而会使凝胶强度下降。
得的灌浆材料抗压强度大,刚性好。应根据现场的
需要以及其它基材的选择而具体选取。从原料的
来源、价格、产品粘度等因素考虑,采用聚氧化烯烃
多元醇最普遍。聚醚多元醇的分子量大小,对油性
聚氨酯浆液而言,无特殊要求,只取决于合成浆液
的应用对象。
3.3催化剂图1催化剂用量对油溶性聚氨酯浆液胶凝时间的影响
为促进预聚体中末端的异氰酸酯与水反应生在有些情况下,预聚体固结时间较短,为提高
成交联固结物,常加入催化剂。由于油溶性聚氨酯浆液在地层中的渗透半径,延长浆液凝胶时间,可
浆液体系是憎水性的,因此常选择无机二月桂酸二加入一定量的缓凝剂来实现。实践证明,苯甲酰
丁基锡作催化剂。它可调节聚氨酯的反应速度。氯、对甲苯磺酰氯作为油性聚氨酯浆液缓凝剂时具
有用量少、凝聚作用显著,缓凝后生成固结物强度
4加固用聚氨酯预混浆液的改性研究
好的特点,是良好的缓凝剂。
由于井下实际情况不同,由基材制得的聚氨酯4.3发泡量
使用受到制约,可通过加入改性试剂进行调解,扩为节约材料,提高聚氨酯的发泡率