煤礦井下用聚氨酯注漿加固材料使用過程中自身安全性的檢測方法
【專利摘要】本發明公開了煤礦井下用聚氨酯注漿加固材料使用過程中自身安全性的檢測方法，其特征在于：對聚氨酯注漿加固材料進行固化，測定聚氨酯注漿加固材料在固化過程中的理論最高反應溫度和固化后的熱分解溫度，然后對比兩個溫度即可判斷聚氨酯注漿加固材料是否為安全材料。本發明的檢測方法是利用現有的熱分析技術，通過對比聚氨酯注漿加固材料在固化過程中的理論最高反應溫度和固化后的熱分解溫度來判斷材料在用于煤礦井下時是否會產生陰燃，方法簡單快捷，可以準確有效的判斷聚氨酯注漿加固材料使用過程中的自身安全性。
【專利說明】煤礦井下用聚氨酯注漿加固材料使用過程中自身安全性的 檢測方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及煤礦井下用聚氨酯注漿加固材料使用過程中自身安全性的檢測方法， 具體的說是涉及一種檢測聚氨酯注漿加固材料在用于煤礦井下時是否會發生自身陰燃的 檢測方法。
【背景技術】
[0002] 目前我國約有40%左右的煤礦其煤系地層為松軟巖層，加之構造及應力集中等因 素的影響，致使巖層更加松散，給巷道支護及安全生產帶來很大難度。近年來，煤礦用高分 子灌漿加固技術愈發受到關注，尤其是該技術能有效控制圍巖的變形，顯著改善松軟破碎 圍巖巷道的支護效果，具有很大的應用前景。在各類高分子注漿加固材料中，聚氨酯注漿加 固材料由于具有綜合性能優良、施工應用方便等諸多優點，目前已被廣泛應用于井下煤巖 體加固的工程。但由于國內該加固材料的研究相對起步較晚，從國外引進該技術后，雖進行 了多年的工程應用，但是對于材料技術的了解還不全面，對煤礦工程的實際要求和科學合 理應用等方面認識深度還不夠，聚氨酯加固材料在井下應用中曾發生過多次嚴重的次生災 害事故，給煤礦井下安全生產帶來較嚴重的負面影響。
[0003] 目前，針對各個領域灌漿材料的應用，現有的標準中只是規定了材料的外觀、閃 點、力學性能、抗老化性能、膨脹系數和阻燃性能等，并未涉及高分子材料引起危害的真正 原因。聚氨酯加固材料注入到煤層后，尤其是遇到比較大的孔洞時很容易出現冒煙、著火等 事故。經過大量的研究與實驗發現其主要原因是：由于堆積，材料本身反應放出的大量熱量 難以移除導致高分子材料內部發生了陰燃，首先是材料吸熱熱解生成大量的濃煙和一些可 燃性小分子氣體，當溫度繼續升高這些濃煙和小分子氣體和周圍的氧氣進一步發生放熱氧 化反應使周圍溫度急劇升高最終導致燃燒。因此，為避免事故的發生，在用于煤礦井下之前 應確定所用的聚氨酯注漿加固材料自身是否會因熱量的堆積而產生陰燃現象，若會則各材 料不安全，不能用在煤礦井下，若不會則可以安全使用。
[0004] 但是，目前尚無方法可以檢測聚氨酯注漿加固材料在用于煤礦井下時是否會產生 陰燃現象。
【發明內容】
[0005] 本發明是為避免上述現有技術所存在的不足之處，提供一種煤礦井下用聚氨酯注 漿加固材料使用過程中自身安全性的檢測方法，以期可以準確判斷聚氨酯注漿加固材料在 用于煤礦井下時是否會產生陰燃現象而引起事故。
[0006] 本發明解決技術問題，采用如下技術方案：
[0007] 本發明煤礦井下用聚氨酯注漿加固材料使用過程中自身安全性的檢測方法，其特 點在于：包括以下步驟：
[0008] 對聚氨酯注漿加固材料進行固化，測定所述聚氨酯注漿加固材料在固化過程中的 理論最高反應溫度Tmax和固化后的熱分解溫度Td ;
[0009] 對比Tmax和Td :若Tmax < Td，則所述聚氨酯注漿加固材料在用于煤礦井下時不會發 生陰燃，為安全材料；若Tmax > Td，則所述聚氨酯注漿加固材料在用于煤礦井下時會發生陰 燃，為非安全材料。
[0010] 本發明煤礦井下用聚氨酯注漿加固材料使用過程中自身安全性的檢測方法，其特 點也在于：
[0011] 所述熱分解溫度Td是通過熱重分析儀測得，具體步驟為：將質量為凡的聚氨酯注 楽加固材料放入熱重分析儀中，在50?100ml/min的N 2流的保護下以5?10°C /min升溫 速率，從20°C升至800°C，獲得所述聚氨酯注漿加固材料的質量Μ隨溫度變化的曲線，所述 熱分解溫度T d為Μ = 95% Μ。時的溫度。
[0012] 所述聚氨酯注漿加固材料在固化過程中的理論最高反應溫度Tmax是假設所述聚氨 酯注漿加固材料在固化過程中所產生的熱量沒有向外界散失，全部用于自身溫度的升高而 能達到的最高溫度。
[0013] 所述聚氨酯注漿加固材料在固化過程中的理論最高反應溫度Tmax是按如下方式獲 得：
[0014] 首先通過差示掃描量熱儀間接法測試所述聚氨酯注漿加固材料的比熱容(；，然后 利用差示掃描量熱儀測試所述聚氨酯注漿加固材料在固化過程中的單位質量放熱量Q，最 后根據式（1)獲得所述理論最高反應溫度T max:
[0015] Tmax = Q/Cp+T (1);
[0016] 式中：T為所述聚氨酯注漿加固材料在固化之前的溫度，單位為°〇；
[0017] Tmax為理論最高反應溫度，單位為°〇；
[0018] Q為單位質量放熱量，單位為J/g ;
[0019] cp為比熱容,單位為J/(g. °C )。
[0020] 通過差示掃描量熱儀測試所述比熱容Cp是在氮氣氣氛中進行，溫度從20°C升至 150°C，升溫速率為5?20°C /min，氮氣流量為50?100ml/min。
[0021] 通過差示掃描量熱儀測試所述單位質量放熱量Q是在氮氣氣氛中進行，溫度 從-40°C升至150°C，升溫速率為5?20°C /min，氮氣流量為50?100ml/min，對所獲得的 熱流率隨溫度變化的曲線中的放熱峰面積進行積分計算，即得單位質量放熱量Q。
[0022] 本發明檢測方法的具體操作步驟如下：
[0023] 1、測定聚氨酯注漿加固材料在固化過程中的理論最高反應溫度Tmax :
[0024] a、差示掃描量熱儀（DSC)間接法測試聚氨酯注漿加固材料的比熱容Cp :
[0025] al、選取兩個空坩堝，其中一個壓封后作為參比盤，另一套加蓋但不壓封作為樣品 盤，放入DSC中；
[0026] a2、設置并運行以下程序：以5?20°C /min的升溫速率從20°C升溫至150°C，所 獲得的熱流率隨溫度變化的曲線記為基線；
[0027] a3、溫度降至室溫后，取出樣品盤，將比熱容基準物藍寶石準確稱量（準至0. lmg) 后，置于所述樣品盤中，仍加蓋但不壓封，重復步驟a2,所獲得的熱流率隨溫度變化的曲線 記為參比線；
[0028] a4、再次待溫度降至室溫后，從樣品盤中取出藍寶石，準確稱取待測聚氨酯注漿加 固材料（準至0. lmg)，置于樣品盤中，加蓋壓封后，重復步驟a2,所獲得的熱流率隨溫度變 化的曲線記為樣品線；
[0029] a5、利用式（2)計算獲得聚氨酯注漿加固材料的比熱容Cp :
[0030]
[0031] 其中：
【權利要求】
1. 煤礦井下用聚氨酯注漿加固材料使用過程中自身安全性的檢測方法，其特征在于： 包括以下步驟： 對聚氨酯注漿加固材料進行固化，測定所述聚氨酯注漿加固材料在固化過程中的理論 最高反應溫度Tmax和固化后的熱分解溫度Td ; 對比Tmax和Td :若Tmax < Td，則所述聚氨酯注漿加固材料在用于煤礦井下時不會發生陰 燃，為安全材料；若Tmax > Td，則所述聚氨酯注漿加固材料在用于煤礦井下時會發生陰燃，為 非安全材料。
2. 根據權利要求1所述的煤礦井下用聚氨酯注漿加固材料使用過程中自身安全性的 檢測方法，其特征在于： 所述熱分解溫度Td是通過熱重分析儀測得，具體步驟為：將質量為凡的聚氨酯注漿加 固材料放入熱重分析儀中，在50?100ml/min的N2流的保護下以5?10°C /min升溫速率， 從20°C升至800°C，獲得所述聚氨酯注漿加固材料的質量Μ隨溫度變化的曲線，所述熱分解 溫度T d為Μ = 95% Μ。時的溫度。
3. 根據權利要求1所述的煤礦井下用聚氨酯注漿加固材料使用過程中自身安全性的 檢測方法，其特征在于： 所述聚氨酯注漿加固材料在固化過程中的理論最高反應溫度Tmax是假設所述聚氨酯注 漿加固材料在固化過程中所產生的熱量沒有向外界散失，全部用于自身溫度的升高而能達 到的最高溫度。
4. 根據權利要求1或3所述的煤礦井下用聚氨酯注漿加固材料使用過程中自身安全性 的檢測方法，其特征在于：所述聚氨酯注漿加固材料在固化過程中的理論最高反應溫度T max 是按如下方式獲得： 首先通過差示掃描量熱儀間接法測試所述聚氨酯注漿加固材料的比熱容(；，然后利用 差示掃描量熱儀測試所述聚氨酯注漿加固材料在固化過程中的單位質量放熱量Q，最后根 據式（1)獲得所述理論最高反應溫度T max: T- = Q/Cp+T (1)； 式中：T為所述聚氨酯注漿加固材料在固化之前的溫度，單位為°C ; Tmax為理論最高反應溫度，單位為°〇； Q為單位質量放熱量，單位為J/g ; Cp為比熱容，單位為X/(g. °C )。
5. 根據權利要求4所述的煤礦井下用聚氨酯注漿加固材料使用過程中自身安全性的 檢測方法，其特征在于：通過差示掃描量熱儀測試所述比熱容C p是在氮氣氣氛中進行，溫度 從20°C升至150°C，升溫速率為5?20°C /min，氮氣流量為50?100ml/min。
6. 根據權利要求4所述的煤礦井下用聚氨酯注漿加固材料使用過程中自身安全性的 檢測方法，其特征在于：通過差示掃描量熱儀測試所述單位質量放熱量Q是在氮氣氣氛中 進行，溫度從_40°C升至150°C，升溫速率為5?20°C /min，氮氣流量為50?100ml/min，對 所獲得的熱流率隨溫度變化的曲線中的放熱峰面積進行積分計算，即得單位質量放熱量Q。
【文檔編號】G01N5/04GK104089848SQ201410369780
【公開日】2014年10月8日 申請日期:2014年7月30日 優先權日:2014年7月30日
【發明者】丁運生, 蔡明 , 倪建明, 馬東東, 劉玉亭, 孫曉紅 申請人:合肥工業大學