一種煤礦堵漏風仿生自愈合材料的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及煤礦堵漏風材料技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種煤礦堵漏風仿生自愈合材 料。
【背景技術(shù)】
[0002] 煤炭自燃是我國煤礦安全生產(chǎn)的重大隱患之一。煤炭自燃引發(fā)的火災不但造成大 量的人員傷亡和嚴重的經(jīng)濟損失，還會引起大面積的環(huán)境污染，植被破壞，土壤沙漠化等問 題。漏風是造成煤炭自燃的重要原因之一，充填堵漏風是防治煤層自燃的關(guān)鍵技術(shù)。因此， 研發(fā)經(jīng)濟實用、綠色環(huán)保的封堵風材料，對于提高煤炭防滅火水平，保證煤炭安全生產(chǎn)具有 重要意義。
[0003] 目前，國內(nèi)外煤礦堵漏風材料主要包括石灰-石膏輕質(zhì)充填材料、水玻璃凝膠、復 合膠體、膠體泥漿、高分子凝膠、泡沫水泥、粉煤灰泡沫、漿體噴涂材料、聚氨酯泡沫(馬麗 散)、酚醛泡沫(羅克休)、脲醛泡沫(艾格勞尼)和聚氨酯彈性體等材料。這些充填堵漏風材料 對保證礦井安全生產(chǎn)起到重要作用，但還存在一些問題：如石膏漿液脫水后體積收縮，易造 成封堵不嚴；水玻璃-銨鹽凝膠在使用過程中會放出有毒氣體，對井下環(huán)境造成污染；無氨 凝膠、復合膠體、膠體泥漿等材料雖解決了氨氣的污染問題，但這些凝膠材料的密閉效果具 有時限性，材料失水后體積收縮，產(chǎn)生裂隙，不能實現(xiàn)永久密閉；泡沫水泥、固化粉煤灰等材 料成本低廉，但其抗壓能力弱，容易產(chǎn)生裂隙，形成漏風通道。聚氨酯泡沫、酚醛泡沫、脲醛 泡沫和聚氨酯涂層等高分子材料具有施工速度快，硬化時間短，粘結(jié)強度高，氣密性好，整 體抗壓能力強等特點，但這些材料普遍存在成本高、產(chǎn)熱多、安全隱患大等問題。由此可見， 現(xiàn)有的堵漏風材料均存在不同程度的缺陷，為保障煤礦通風安全，防止火災的發(fā)生，迫切需 要跳出現(xiàn)有的理論和技術(shù)框架，尋找更為有效的堵漏風材料。
[0004] 堵漏風材料在礦壓作用下不可避免地會產(chǎn)生大量微裂隙，如果不能及時發(fā)現(xiàn)并修 復這些裂隙，將會連通采空區(qū)，形成漏風通道，進而較易引發(fā)采空區(qū)煤層自燃。因此，如何有 效快速修復這些微裂隙就成為本領(lǐng)域內(nèi)面臨的一個亟待解決的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 為了解決目前煤礦堵漏風材料存在的問題，本發(fā)明創(chuàng)新性的提出了一種煤礦堵漏 風仿生自愈合材料，具有自動檢測、自動愈合，適度膨脹、快速凝結(jié)，輸送性好、固結(jié)性強等 特點，改變傳統(tǒng)的被動式堵漏風為主動式堵漏風，提高了材料的堵漏效果和使用壽命。
[0006] 本發(fā)明采取的技術(shù)方案是： 一種煤礦堵漏風仿生自愈合材料，其特點在于所述的仿生自愈合材料是由快凝膨脹材 料、內(nèi)含愈合劑的微膠囊、催化劑和骨料組成，所述煤礦堵漏風仿生自愈合材料的重量百分 比組成是：快凝膨脹材料60-90 %、內(nèi)含愈合劑的微膠囊10-30 %、催化劑0-3 %、骨料含量 30-70%〇
[0007] 以上所述的快凝膨脹材料由水泥熟料、粉煤灰、鋼渣、石粉、鹽泥、電石渣、膨脹劑、 減水劑、沙子中的幾種在摻水條件下混勻制成。
[0008] 以上所述的微膠囊由高分子樹脂壁材和愈合劑芯材構(gòu)成，壁材包覆芯材，呈微膠 囊形狀，其中微膠囊的高分子樹脂壁材為脲醛樹脂、三聚氰胺甲醛樹脂、三聚氰胺脲醛樹脂 和聚氨酯中的一種或幾種制成。
[0009] 以上所述的愈合劑為聚氨酯預聚體、異氰酸酯、酚醛樹脂、環(huán)氧樹脂、苯乙烯、丙烯 酸酯類、烯烴、正丁基縮水甘油醚中一種或幾種，其中烯烴可為雙環(huán)戊二烯（DCPD)。
[0010] 以上所述催化劑為格拉布（Grubbs)催化劑、二月桂酸二丁基錫和胺類中的一種或 幾種。
[0011] 以上所述的膨脹劑為鋁粉。
[0012] 以上所述的減水劑為木質(zhì)素磺酸鈣、多環(huán)芳香族磺酸鹽甲醛縮合物、萘系高效減 水劑中的一種或幾種。
[0013] 以上所述的骨料為河沙、湖砂、山砂中的一種或幾種。
[0014] 將本發(fā)明的煤礦堵漏風仿生自愈合漿體充填各類裂隙或漏風通道后，其具有自動 檢測、自動愈合，適度膨脹、快速凝結(jié)，輸送性好、固結(jié)性強等特點，改變傳統(tǒng)的被動式堵漏 風為主動式堵漏風，提高了材料的堵漏效果和使用壽命。該材料的優(yōu)勢主要體現(xiàn)在以下幾 個方面： (1)自動檢測、自動愈合。該材料能模仿"人體傷口由破裂一流血一凝結(jié)一愈合的過程 (圖1)"，通過在快凝膨脹材料中添加特殊組分(含愈合劑的微膠囊)，形成仿生自愈合系統(tǒng)， 當材料受外力作用出現(xiàn)裂紋時，微膠囊隨之開裂，愈合劑溢出至裂紋處把裂紋面粘結(jié)在一 起，封堵漏風通道，提高材料強度，從而實現(xiàn)各類裂隙或漏風通道的自動檢測、自動愈合，提 高材料的堵漏效果和使用壽命，堵漏率達80%以上，可自修復3次以上，比普通堵漏材料壽 命多出1-3倍。
[0015] (2)適度膨脹，快速凝結(jié)。該材料固化過程中伴隨5-10%的體積膨脹，能與頂板、圍 巖主動接頂，封閉嚴實；凝結(jié)時間較快，60-90 min固化。材料的膨脹特性與膨脹劑鋁粉有 關(guān)，鋁粉在堿性條件下與水反應生成氫氣，當氫氣達到一定量時，鋁粉顆料表面就會形成一 個或數(shù)個氣泡核，由于氫氣的逐漸積累，氣泡內(nèi)壓力就會隨著逐漸加大，當內(nèi)壓力克服上層 料漿對它的重力和料漿的極限剪應力以后，氣泡越來越大推動料漿向上膨脹；氣泡長大后 內(nèi)壓力降低，膨脹就會接近停止。普通堵漏材料一般沒有膨脹，不能夠主動結(jié)頂。
[0016] (3)輸送性好，固結(jié)性強。該材料具有良好流動性，可實現(xiàn)2 km左右的長距離輸 送；能與河砂、尾砂等集料凝結(jié)固化，形成較高抗壓強度，不容易產(chǎn)生裂隙。
[0017] (4)綠色環(huán)保，價格低廉。該材料可消耗大量電石渣、鹽泥、芒硝、粉煤灰、水渣、鋼 渣等固體廢棄物，保護生態(tài)環(huán)境；利用的微膠囊技術(shù)簡單成熟，采用的原材料成本低廉，具 有廣泛的應用前景。
[0018] 綜上所述，"煤礦堵漏風仿生自愈合材料"不同于傳統(tǒng)的堵漏風材料，該材料使用 后體積不會收縮，無有毒氣體放出，阻燃性好，抗靜電，成低廉、綠色環(huán)保，是一種的理想堵 漏風材料。其產(chǎn)生自愈合效果的機理為：模仿"人體傷口由破裂一流血一凝結(jié)一愈合的過 程"，通過在膠凝材料中添加微膠囊(含愈合劑的微膠囊圖1 )，形成仿生自愈合系統(tǒng)，當材料 受外力作用出現(xiàn)裂紋時，微膠囊隨之開裂，愈合劑溢出至裂紋處把裂紋面粘結(jié)在一起，封堵 漏風通道，提高材料強度，從而達到自愈合的目的，消除漏風隱患。
【附圖說明】
[0019] 圖1為微膠囊結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0020] 下面的實施例是對本發(fā)明的進一步詳細描述。
[0021] 1.實施例： (1)脲-甲醛預聚體的制備：將尿素和甲醛溶液（質(zhì)量分數(shù)為37%)按摩爾比1:1混合， 用三乙醇胺調(diào)節(jié)pH值為9-10,加熱溫度到60°C保溫Ih。
[0022] (2)微膠囊的制備：將脲-甲醛預聚體冷卻到室溫，加入表面活性劑十二烷基氨 基丙酸鈉〇. 5-1%或十二烷基苯磺酸鈉0. 5-1%、或壬基酚聚氧乙烯0. 5-1% ;再加入質(zhì)量為 脲-甲醛預聚體質(zhì)量50-60%的囊芯材料（環(huán)氧樹脂和正丁基縮水甘油醚混合物，環(huán)氧樹脂 和正丁基縮水甘油醚配比為5:1、或酚醛樹脂）；加入消泡劑正辛醇（占脲-甲醛預聚體質(zhì)量 0. 2-1. 5%)，乳化25min，用稀硫酸調(diào)節(jié)pH值至2左右，升溫到50-60°C之間保溫2h，待反應 結(jié)束，冷卻到室溫，加入蒸餾水，真空抽濾，如此反復3次，得到的產(chǎn)品自然風干。
[0023] 將脲-甲醛預聚體溶解于乳液的連續(xù)相中，通過改變條件使脲-甲醛預聚體沉積 在兩相的界面，最終形成包裹了分散相的微膠囊。在這個過程中，乳化劑的用量，攪拌速度， 酸性催化劑的種類、以及乳液的PH值等因素對微膠囊的形成有顯著的影響作用。
[0024] (3)快凝膨脹材料的制備：將水泥熟料30%，石粉10%，鋼渣20%，粉煤灰30%，鹽泥 5%，電石渣1-3%，石膏5