01研究背景

因反應(yīng)放熱小、阻燃性高、安全性強(qiáng)等突出優(yōu)勢(shì)，硅酸鹽改性聚氨酯加固材料對(duì)于治理煤礦采掘工作面頂板冒落、煤壁片幫具有不可替代的作用，對(duì)保障采煤安全，提高采煤效率具有重要意義，已成為消耗量最大的化學(xué)注漿加固材料。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，2021年煤礦領(lǐng)域消耗該類(lèi)材料高達(dá) 30萬(wàn)噸。

硅酸鹽改性聚氨酯加固材料是由A、B組分構(gòu)成的一種雙組分漿液，經(jīng)氣動(dòng)注漿泵混合后注入煤巖體裂隙。目前，行業(yè)中B組分生產(chǎn)過(guò)程一般為：投入原料1、原料2——攪拌加熱至50—80℃——聚合反應(yīng)2-3 小時(shí)→檢驗(yàn)聚合程度——投入原料3、原料4→檢驗(yàn)混勻程度——冷卻至室溫——罐裝。

該生產(chǎn)過(guò)程的弊端主要表現(xiàn)在：

①安全性有待提高：該過(guò)程屬于高分子聚合反應(yīng)，伴隨放熱過(guò)程，且溫度、濕度、轉(zhuǎn)速、時(shí)間等均影響聚合過(guò)程，若配方設(shè)計(jì)有缺陷或工藝參數(shù)設(shè)置不合理，極易造成爆聚，不僅損害生產(chǎn)設(shè)備、而且易出現(xiàn)安全事故；

②生產(chǎn)效率低：因涉及加熱、聚合、攪拌、冷卻等多步驟，常規(guī)生產(chǎn)設(shè)備下，整個(gè)過(guò)程一般耗時(shí)超過(guò) 300分鐘；

③能耗較高：行業(yè)中一般采用電加熱反應(yīng)釜，需要先升溫聚合再冷卻罐裝?？傊@種繁瑣復(fù)雜、效率低、能耗高的生產(chǎn)工藝已成為一直未能得到有效解決的行業(yè)痛點(diǎn)問(wèn)題。

1.工藝方案

針對(duì)技術(shù)瓶頸問(wèn)題，項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)采用多種技術(shù)疊加開(kāi)發(fā)了新配方新生產(chǎn)工藝，主要過(guò)程為：投入原料 a、原料b和原料c→常溫?cái)嚢?0-30分鐘→檢驗(yàn)混勻程度——罐裝。

2.主要特點(diǎn)

（1）采用超前自聚合技術(shù)，突破了高溫聚合技術(shù)瓶頸，首次實(shí)現(xiàn)常溫下物理調(diào)合法制備礦用硅酸鹽改性聚氨酯注漿加固材料，將化學(xué)過(guò)程變?yōu)槲锢磉^(guò)程極大地提高了生產(chǎn)的安全性和可靠性：

（2）采用增塑降黏技術(shù)，自主開(kāi)發(fā)了體系專(zhuān)用增塑劑，首次實(shí)現(xiàn)常溫下快速制備，生產(chǎn)效率成倍提高，且極大降低了能耗：

（3）從源頭杜絕引入高揮發(fā)、刺激性分子，極大提高了材料的環(huán)保性，該技術(shù)已獲得國(guó)家環(huán)保認(rèn)證，為目前行業(yè)唯一單位。

該創(chuàng)新成果顯著提高了礦用注漿加固材料生產(chǎn)的安全性和便捷性，且極大提高了生產(chǎn)效率，極大降低了生產(chǎn)能耗，經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益顯著。

1.安全生產(chǎn)水平極大提升：新技術(shù)新工藝將控制難度大、危險(xiǎn)因素多的化學(xué)過(guò)程變?yōu)榱撕?jiǎn)單、安全的物理調(diào)合過(guò)程，從根本上降低了生產(chǎn)中出現(xiàn)安全事故的風(fēng)險(xiǎn)，提高了安全生產(chǎn)水平；

2.生產(chǎn)效率成倍提高：生產(chǎn)一釜B組分由原300分鐘降至30分鐘，相同生產(chǎn)設(shè)備條件下，一個(gè)5米反應(yīng)釜原來(lái)一天僅生產(chǎn)10噸，現(xiàn)在一天可生產(chǎn)100噸。這在煤礦工作面冒頂后急需注漿加固時(shí)，應(yīng)急效用突出；

3.生產(chǎn)能耗得到了顯著節(jié)約：原生產(chǎn)工藝為電加熱 50-80℃，并保持 2-3小時(shí)，現(xiàn)技術(shù)在室溫下攪拌30分鐘即可，對(duì)社會(huì)節(jié)能減排有重要作用。按行業(yè)年生產(chǎn)量30萬(wàn)噸進(jìn)行粗略計(jì)算，預(yù)計(jì)每年可節(jié)約電能 2000 萬(wàn)千瓦時(shí)；

4.生產(chǎn)及使用環(huán)境得到極大改善：新注漿材料環(huán)保性較強(qiáng)、揮發(fā)性低、無(wú)毒無(wú)刺激性氣味，極大改善了生產(chǎn)及使用環(huán)境。

總之，新型礦用注漿加固材料生產(chǎn)工藝技術(shù)得到了煤炭工業(yè)協(xié)會(huì)專(zhuān)家認(rèn)可，并在實(shí)際應(yīng)用中得到了煤礦企業(yè)和同行的好評(píng)，建議大范圍推廣應(yīng)用。

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