煤矿巷道防瓦斯封堵涂料的制作方法

1.本发明涉及煤矿相关技术领域，具体涉及煤矿巷道防瓦斯封堵涂料。


背景技术：

2.瓦斯(ch4)是随着煤炭开采产生的高质清洁能源，但是这种好品质 的能源却是煤矿井下开采掘进工作面的最大隐患。据统计资料分析，我 国大部分煤矿井下瓦斯的涌出浓度为0.5
‑
5mg/m3，巷道内的瓦斯涌出极 其不均衡。瓦斯爆炸界限为5
‑
16％；如果瓦斯的浓度大于16％，其不具 有爆炸特性，但是其在空气中仍然会被点燃，如果瓦斯的平均浓度小于 5.0％，不会发生爆炸危险，却能在火焰的周围构造出一道燃烧层。瓦斯 灾害事故是对煤矿企业中危害最大的事故之一。对瓦斯采取必要的封堵 是安全生产的重要保障。
3.煤矿井下巷道是采煤和运煤的必经之道，为保障巷道通畅和采煤工 人的安全生产，必须对巷道进行支护，一般采用的是水泥砂浆或者混凝 土对巷道岩石表面进行喷浆，水泥砂浆固化后，起到防止岩石塌落、地 下水渗入巷道以及瓦斯泄漏的作用。然而，喷浆材料固化后，由于配料 单一，成分中刚性组分居多，材料刚性脆性大，柔性不足，随着井下巷 道的地质运动或者再次开采中的放炮等震动，极易造成喷浆材料的开裂 脱落，继而造成矿井巷道内岩石掉落、局部塌方、巷道透水和瓦斯事故， 给安全采煤和保障国民经济高速发展能源用煤带来极大的阻碍。
4.漏风是造成煤炭自燃最为关键的影响因素。堵漏是防止煤炭自燃的 重要手段，喷涂工作是通过隔断漏风使煤炭处于缺氧状态，从而防止自 然发火，常用的喷涂措施包括喷射混凝土和化学封堵材料，如常用的化 学材料为聚氨酯泡沫。但聚氨酯存在防火阻燃性不佳、在高温下会产生 有机挥发物，环境友好性差等问题。而喷射混凝土的方法又存在易出现 龟裂、气密性较差等问题。


技术实现要素：

5.(一)要解决的技术问题
6.鉴于现有技术的上述缺点、不足，本发明提供一种煤矿巷道防瓦斯 封堵涂料，其解决了现有煤矿巷道封堵涂料存在的易裂缝、气密性差或 防火阻燃性不佳等技术问题。
7.(二)技术方案
8.为了达到上述目的，本发明采用的主要技术方案包括：
9.本发明提供一种煤矿巷道防瓦斯封堵涂料，其包含：
10.硅酸钾：15
‑
20质量份、硅酸钠：1
‑
3质量份、磷酸硅：0.1
‑
0.9质量 份、石英粉：15
‑
20质量份、脱碳粉煤灰：15
‑
20质量份、硅灰石：15
‑
20 质量份、针状硅灰石：5
‑
10质量份、碳纤维：1
‑
1.5质量份；水：4.5
‑
20 质量份；所述硅酸钾为液体硅酸钾，硅酸钠为液体硅酸钠。
11.根据本发明较佳实施例，所述煤矿巷道防瓦斯封堵涂料包含：硅酸 钾：硅酸钾：18质量份、硅酸钠：1.5质量份、磷酸硅：0.8质量份、石 英粉：15质量份、脱碳粉煤灰：16质量份、硅灰石：16质量份、针状硅 灰石：5质量份、碳纤维：1质量份；水：6.5质量份。
12.根据本发明较佳实施例，所述硅酸钾的模数为28或32中的一种或 两种的混合物。模数是指硅酸钾中sio2：k2o的摩尔比。
13.根据本发明较佳实施例，所述硅酸钠为碱性水玻璃。优选地，硅酸 钠的模数为2.2
‑
2.5，为粘稠状液体。
14.根据本发明较佳实施例，所述磷酸硅为固态粉末状；使用时，先用 水分散开。
15.根据本发明较佳实施例，所述石英粉为200目；所述碳纤维为200
‑
300 目。
16.本发明还涉及一种煤矿巷道防瓦斯封堵涂料的制备方法，其包括如 下步骤：
17.s1：将磷酸硅加水调配分散；
18.s2：将液体硅酸钾和硅酸钠混合，在搅拌转速300～400r/min下分散 4
‑
10min，在分散过程中，按比例加入石英粉、脱碳粉煤灰、硅灰石、针 状硅灰石和碳纤维，最后加入步骤s1调配的磷酸硅水分散液；
19.s3：继续搅拌，分散均匀，加水调节粘度至600
‑
1600pa.s的白色软 膏状涂料成品，密封保存。
20.(三)有益效果
21.本发明的煤矿巷道防瓦斯封堵涂料各组分均为无机料，具有无污染 或低污染、防火阻燃性等特点。此外，本发明的涂料具有很好的耐候性、 耐水性、干燥快、封堵后不易龟裂、修复部位具有较高的抗拉强度，施 工性能好，可防静电，修复涂层与修复界面具有很好的粘接强度，受热 稳也不易脱落。
具体实施方式
22.为了更好的解释本发明，以便于理解，通过具体实施方式，对本发 明作详细描述。
23.本发明提供一种煤矿巷道防瓦斯封堵涂料，其包含：硅酸钾：15
‑
20 质量份、硅酸钠：1
‑
3质量份、磷酸硅：0.1
‑
0.9质量份、石英粉：15
‑
20 质量份、脱碳粉煤灰：15
‑
20质量份、硅灰石：15
‑
20质量份、针状硅灰 石：5
‑
10质量份、碳纤维：1
‑
1.5质量份；水：4.5
‑
20质量份；所述硅酸 钾为液体硅酸钾，硅酸钠为液体硅酸钠。其中，水的用量根据调配情况 加入，制成的涂料为粘度600
‑
1600pa.s的白色软膏状成品。
24.本发明的涂料配方中，各成分所起的作用如下：
25.硅酸钾为主体无机成膜剂或粘合剂，其具有机械强度大、粘结力高、 空隙率小、抗渗耐水性高、耐酸性能好、耐热性好等优点，可常温下固 化、施工简单，工程使用寿命长。同时，硅酸钾为一种无机材料，其对 环境没有污染，高温下也不会释放有机挥发物，具有很好的耐候性，耐 水性，干燥速度快，成膜不易龟裂，施工性能好，与修复界面具有强的 附着力。硅酸钠作为硅酸钾的补充剂，对封堵涂料的抗裂性有着补充作 用，加快凝固速度。
26.磷酸硅作为硅酸钾与硅酸钠的耐水固化剂，具有固化时间短，强度 高，防水能力强，耐酸碱和耐高温的特点。磷酸硅与液体硅酸钾及硅酸 钠混合后需密封保存，避免表面固化。
27.石英粉作为无机填料，用于增强封堵涂料的耐磨性与耐侯性。
28.脱碳粉煤灰作为无机填料。脱碳粉煤灰用于有效改善煤矿井下巷道 喷涂材料的抗渗性、粘接强度、抗拉强度。脱碳粉煤灰的颗粒可嵌入裂 缝和填充到涂料的细小空隙中，提高涂料修复层的密实度和气密性，降 低封堵修复层吸水率，降低涂料成本。
29.硅灰石作为无机填料，用于改善涂料的物化性能，使涂料固化后的 修复层具有持久性、耐候性，增强涂料的扩张能力，减少裂纹。而针状 硅灰石粉有很好的平光性，颜色覆盖率高，可在涂料中均匀分布，防热 辐射，增加封堵涂料的稳定性。
30.碳纤维为导电材料，降低涂料的电阻率，防止静电产生。
31.经实际使用测试证明，本发明的煤矿巷道防瓦斯封堵涂料具有以下 特点：
32.(1)气密性好。将封堵涂料刷到修复界面后，20
‑
60min即可成膜， 对于瓦斯气体及堵风起到了瞬时隔绝的作用。透气量是常规喷涂砂浆层 的2％左右。依据gb/t1038
‑
2000标准检测，氧气透过率仅为0.03cmm3/ (m2·
24h
·
0.1mpa)左右。
33.(2)阻燃性能a1级，热稳定性好。封堵涂料固化后，不会因受热 或高温而开裂、脱落等。砂浆层受热会产生炸裂，脱落。依据gb8624
‑
2012 标准检测，阻燃性能符合a1级。
34.(3)粘结性能。粘结性能优于砂浆的数倍。附着力强，瓦斯封堵涂 料对于巷道基础没有特殊要求，均能立即涂刷，固化后坚持3个月以上 修复层不会脱落。
35.(4)不释放有机挥发物。产品为无机物，遇高温无有机物释放，无 毒无害，环保健康。
36.(5)防静电。不会有静电的产生，防止静电火花的产生。
37.(6)抗菌防腐性能优良。
38.(7)施工方便。施工耗时不及砂浆的六分之一；材料运输方便，使 用料体量小，运输成本低，不及砂浆喷涂的三十分之一，且施工时现场 干净，不杂乱。
39.以下结合具体实施例进一步说明本发明方案及技术效果。
40.实施例1
41.本发明的一种煤矿巷道防瓦斯封堵涂料，含有：20质量份硅酸钾、2 质量份硅酸钠、0.4质量份磷酸硅、15质量份石英粉、15质量份脱碳粉 煤灰、15质量份硅灰石、5质量份针状硅灰石、1.5质量份碳纤维、6质 量份水。所述硅酸钾为液体硅酸钾，模数为28；硅酸钠为液体硅酸钠， 模数为2.5。石英粉为200目，碳纤维为300目。
42.该煤矿巷道防瓦斯封堵涂料的制备方法为：
43.s1：将磷酸硅加水调配分散；
44.s2：将液体硅酸钾和硅酸钠混合，在搅拌转速400r/min下分散6min， 在分散过程中，按比例加入石英粉、脱碳粉煤灰、硅灰石、针状硅灰石 和碳纤维，最后加入步骤s1调配的磷酸硅水分散液；
45.s3：继续搅拌，分散均匀，加水调节粘度至约810pa.s的白色软膏状 涂料成品，密封保存。
46.以下为实施例2
‑
10的煤矿巷道防瓦斯封堵涂料的组成(质量份数)， 制备方法参见实施例1。其中，实施例4和10中硅酸钾为28模和32模 的液体硅酸钾按照质量比1:1配合；各实施例所用原料规格见实施例1。
47.实施例硅酸钾硅酸钠磷酸硅石英粉粉煤灰硅灰石针状硅灰石碳纤维水21510.115151551532010.515151551104181.50.8151616516.551510.12015155112
61510.1152015511271510.1151520811181510.1151515101.51292010.91515155110101820.515151561.58
48.将上述实施例1
‑
10制备的封堵涂料封堵水泥砖的测试裂缝，并对封 堵涂料的性能进行测试。
49.其中，阻燃等级按照gb8624
‑
2012标准测试，持续燃烧时间t＝0，都 不燃烧；封堵气密性(氧气透过率)按照gb/t 1038
‑
2000测试，透水性 按照gb/t9755
‑
2014附录b测试，干燥时间(表干)按gb1979(2004)乙 法测试，挥发性有机化合物含量(voc)按gb24408
‑
2009附录a、附录 b；涂层拉伸粘接强度(标准条件)按照gb/t22374
‑
2018 6.39.1测试， 防静电性(表面电阻和体积电阻)按照sj/t 11294
‑
2003 6.2测试。
50.氧气透过率单位为(m2·
24h
·
0.1mpa)[涂料修复处单位面积在0.1mpa 气压下24h的透气量]；电阻单位为ω；拉伸粘接强度单位为mpa，voc 单位为g/l；干燥时间(表干)为min；总热值pcs单位为mj/m2；持续 燃烧时间单位为s。
[0051]
测试结果如下：
[0052][0053]
由上述实施例可看出，本发明的瓦斯封堵涂料为具有拉伸粘接强度 高、耐水性好、耐酸碱性好、安全无毒、气密性好、防火阻燃性优良、 防静电(电阻率低)等优点。其中，尤其以实施例4制备的瓦斯封堵涂 料各方面的性能表现最为优异。
[0054]
对比例1
[0055]
在实施例2的瓦斯封堵涂料组分中，若将磷酸硅用量调整为0，其余 组分不变。测试该瓦斯封堵涂料的性能，结果发现，由于瓦斯封堵涂料 减少了作为耐水固化剂的磷酸硅，在标准试验环境中，成品表干时间由 39min延长至4h，且实干后，有细小裂纹出现，氧气透过率达到0.3cm3/(m 2
·
24h
·
0.1mpa)，耐水性也下降，4h后，用手搓就有掉粉等现象发生。
[0056]
对比例2
[0057]
在实施例1的瓦斯封堵涂料组分，调整各组分为：硅酸钾20质量份、 硅酸钠2质量份、磷酸硅0.9质量份、石英粉20质量份、粉煤灰为0、 硅灰石15质量份、针状硅灰石10质量份、碳纤维1.5质量份，水9质量 份。测试该瓦斯封堵涂料的性能，结果发现：瓦斯封堵涂料减少了粉煤 灰后，虽然其耐水、拉伸粘接强度等性能与本实施例几乎相当，但在封 堵施工过程中的渗水性和密实度受到一定影响。渗水性能降低，导致同 面积封堵部位的涂料用量体积增大，施工成本增加；同时，由于缺少粉 煤灰微小颗粒填充孔隙的作用，导致涂料封堵涂层吸水率增大，氧气透 过率变大、封堵气密性变差，使产品对瓦斯气体的封堵作用不理想。
[0058]
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而 非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领 域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术 方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这 些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术 方案的范围。