用于井下密闭的预制砌块和隔离体

技术领域

本公开涉及井下施工技术领域，具体涉及一种用于井下密闭的预制砌块和隔离体。

背景技术

现有技术中，对于井下临时封闭，主要采用砖料石砌墙的方式，以“37”砖墙或“50”砖墙为主，并且在砌成的墙体表面涂抹水泥砂浆，使用的主要材料是砖、水泥和砂石。

现有技术中存在的问题主要在于：

1.施工时间长，不能满足巷道快速密闭的要求，尤其是不能满足工作面回撤、抢险救援等急需快速完成施工的应用场景；

2.现有技术中的上述密闭方式属于刚性支护，在采深较大、矿压显现剧烈的情况下容易被压裂压垮，失去支撑密闭能力；

3.现有技术中的上述密闭方式材料用量大、井下辅助运输量大、增加了施工所需要的人力和时间；

这些问题，使得现有的井下临时封闭手段已经不能适应现代化高产、高效矿井的生产要求。

发明内容

为了解决现有井下临时封闭技术中的上述问题，本公开实施例第一方面提供了一种用于井下密闭的预制砌块，其包括如下特征：

上述预制砌块被加工成长方体，具有蜂窝状骨架结构，结构特征为蜂窝状硅酸盐骨架结构内填充石墨聚苯乙烯发泡颗粒；

其中，蜂窝状骨架结构由硅酸盐水泥，及混合于硅酸盐水泥中的纤维和石墨烯构成；在预制砌块中，硅酸盐水泥为190至200重量份数，石墨聚苯乙烯发泡颗粒为27至30重量份数，石墨烯为2至5重量份数，纤维为5.5至8重量份数；

其中，预制砌块具有由蜂窝状骨架结构并具有很好的强度 ，能够承受住0.5兆帕至1兆帕压强，同时，预制砌块中的石墨聚苯乙烯发泡颗粒为砌块提供很好的柔性和弹性。

砌块的结构为无机硅酸盐包裹有机轻质保温颗粒，使砌块具有备重量轻、强度高、抗变形能力强等特点，具有不燃、隔热、防静电的性能，能够满足煤矿井下临时密闭墙的技术要求。

可选的，石墨烯与石墨聚苯乙烯发泡颗粒混合并且填充于蜂窝状骨架结构的孔隙中。

可选的，纤维包括木纤维和硅石纤维，其中，在预制砌块中，木纤维为0.5至1重量份数，硅石纤维为5至7重量份数。

可选的，预制砌块为棱长300mm±15mm的6面体，重量为8.3kg至10kg。

可选的，预制砌块在被施加1兆帕以上压强的条件下，通过蜂窝状骨架结构的碎裂，能够整体具有柔性。

可选的，石墨聚苯乙烯发泡颗粒粒径为0.1mm至0.3mm。

可选的，在预制砌块中，包括：

羟丙基甲基纤维素醚，0.1至1重量份数；

淀粉醚，0.1至1重量份数。

可选的，在预制砌块中，包括：

粉煤灰，15至20重量份数；

硅灰，5至7重量份数；

促凝剂，1.5至2.5重量份数；

甲酸钙，2至4重量份数；

增强剂，1至2重量份数；

复合憎水剂， 2至4重量份数；

减水剂，2至5重量份数；

早强剂，1.5至3重量份数；

锂基密封固化剂，1至2重量份数；

可再分散乳胶粉，1至3重量份数；

黄原胶粉，1至3重量份数；

气相二氧化硅，2至5重量份数。

基于同样的技术构思，本公开实施例第二方面提供了一种用于井下密闭的隔离体，上述隔离体由多个如本公开第一方面所描述的预制砌块拼接构成；其中，相邻预制砌块之间具有粘接层，隔离体与岩体结合处和/或隔离体表面具有喷涂形成的气密层。

这种隔离体抗变形能力强、不燃、隔热、抗静电，同时构筑速度快，构筑时投入人力和时间少，传统的4米*5米40厘米厚的墙体需要48工时，新型砌块只需要6工时，砌块采用硅酸盐砂浆薄层粘接，粘接厚度3毫米以下，这样的结构特征具有非诚好的密封性。

可选的，构成粘接层的组份包括：

聚苯乙烯短纤维，

硅酸盐细砂，

气密剂，

粘度改善剂，

胶粉，

硅酸盐水泥；

构成气密层的组份包括：

聚苯乙烯颗粒，

聚丙烯纤维，

硅酸盐水泥，

胶粉，

速凝剂，

气密剂，

粘度改善剂。

上述砌块，及其组成的井下隔离体，其连续相是由硅酸盐水泥为主的无机复合材料构成的坚固的蜂窝状骨架结构，蜂窝内粘固填充的是具有良好吸能功能和导电功能的石墨聚苯乙烯发泡颗粒。无机复合材料中掺杂少量的石墨烯，使其抗静电性能更加突出。

当受到较大外力碾压，如井下动压影响时，硅酸盐蜂窝壁材料会首先断裂，但因为骨架内的纤维物牵拉和内部粘结填充的是具有柔性回弹性质的石墨聚苯乙烯发泡颗粒材料，所以整体不会发生断裂、压垮现象，维持整体形状完整，而受力部分经碾压表现出柔性和弹性的特质，不会使墙体失去支撑和密闭功能。材料表现出可以压碎和压碎后的柔性特点，柔性和弹性会吸收能量，井下冲击地压的能量可以部分吸收。

具体实施方式

现将在下文中更全面地描述本公开，及本公开的各具体实施方式。然而，本公开可以以许多不同的方式实施，并且不应被解释为限于本文阐述的实施方式。相反，这些实施方式被提供使得本公开将是详尽的和完整的，并且将向本领域技术人员全面传达本公开的范围。

本文使用的术语仅用于描述具体实施方式的目的，而非旨在成为限制。除非上下文清楚地另有所指，否则如本文使用的“一”、“一个”、“该”和“至少之一”并非表示对数量的限制，而是旨在包括单数和复数二者。例如，除非上下文清楚地另有所指，否则“一个部件”的含义与“至少一个部件”相同。“至少之一”不应被解释为限制于数量“一”。“或”意指“和/或”。术语“和/或”包括相关联的列出项中的一个或更多个的任何和全部组合。

除非另有限定，否则本文使用的所有术语，包括技术术语和科学术语，具有与本领域技术人员所通常理解的含义相同的含义。如共同使用的词典中限定的术语应被解释为具有与相关的技术上下文中的含义相同的含义，并且除非在说明书中明确限定，否者不在理想化的或者过于正式的意义上将这些术语解释为具有正式的含义。

“包括”或“包含”的含义指明了性质、数量、步骤、操作、部件、部件或它们的组合，但是并未排除其他的性质、数量、步骤、操作、部件、部件或它们的组合。

针对现有技术中井下隔离体施工缓慢、容易被压裂压垮，失去支撑密封能力、以及费人工、费时等缺陷，本公开提供了一种新型临时密闭墙体材料，以及应用该材料的具体预制产品及使用方法。

基于上述，本公开涉及的密闭墙体材料，主要构成原料包括硅酸盐水泥、粉煤灰、石墨聚苯乙烯发泡颗粒、石墨烯、无机纤维材料及多种功能性材料。材料无毒、无味、无挥发性、无辐射和水不溶性，是绿色环保材料，具有轻质、高强度、防静电、不燃、隔热的特性。

该材料是用无机复合材料均匀包裹石墨聚苯乙烯发泡颗粒，经压制后粘接固化而成。材料的连续相是由硅酸盐水泥为主的无机复合材料构成的坚固的蜂窝状骨架结构，蜂窝内粘固填充的是具有良好吸能功能和导电功能的石墨聚苯乙烯发泡颗粒。无机复合材料由多种功能性材料构成，其中的石墨烯和无机纳米级活性材料，使其抗静电和密闭性能更加突出。原理是在氢氧化钙发生化学反应，形成硅酸凝胶。硅酸凝胶可降低氢氧化钙在水泥浆集料界面上的定向排列程序，改善和缩小硬化后水泥的原本宽大的空隙结构，而且可以促进硅酸盐水泥矿物质成分中C

如下各实施例为基于上述材料构成的一种预置砌块。

硅灰，6重量份数；

促凝剂，1.72重量份数；

甲酸钙，3重量份数；

增强剂，1.6重量份数；

复合憎水剂，3重量份数；

减水剂，3重量份数；

早强剂，2.5重量份数；

锂基密封固化剂，1.44重量份数；

可再分散乳胶粉，2重量份数；

黄原胶粉，2重量份数；

气相二氧化硅，4重量份数。

示例性的，混合后的材料注入模具后蒸汽130度固化成型。

实施例1

预置砌块，为长方体，具有蜂窝状骨架结构，并且蜂窝状骨架结构的孔隙内填充有石墨聚苯乙烯发泡颗粒；其中，蜂窝状骨架结构由硅酸盐水泥，及混合于硅酸盐水泥中的纤维和石墨烯构成；在预制砌块中，硅酸盐水泥为190至200重量份数，石墨聚苯乙烯发泡颗粒为27至30重量份数，石墨烯为2至5重量份数，纤维为5.5至8重量份数；

其中，预制砌块能够具有由蜂窝状骨架结构提供的刚性，并且能够在被施加0.5兆帕至1兆帕压强的情况下，通过蜂窝状骨架结构的碎裂，预制砌块的至少部分具有由石墨聚苯乙烯发泡颗粒提供的柔性和弹性。

实施例2

在实施例1的基础上，蜂窝状骨架结构的空腔内还填充有石墨烯，用于提高砌块的导电性能。

实施例3

在实施例1的基础上，添加木纤维和硅石纤维，木纤维为0.5至1重量份数，硅石纤维为5至7重量份数。用于在蜂窝状骨架破溃时起到牵拉和支撑的作用，增加整体的韧性。

实施例4

在实施例1的基础上，预制砌块为边长300mm的正方体，标准重量9.0kg，一块砌块相当于37块红砖的体积，重量相当于3.5块红砖的重量使用简单辅助工具，工人可单手拿起。可见，预制砌块重量轻且体积大，可以显著减少搬运、砌筑所耗费的工时，适用于紧急施工。

实施例5

预制砌块为长方体，标准尺寸为600m*300mm*300mm。示例性的，在同等施工条件下，使用红机砖需要消耗4000块，空心砖513块，本实施例中的砌块180块。节省施工人数与车辆。进一步的，在工时方面，红机砖需要12 人分两满班完成，空心砖需要6人一满班， 本实施例中的砌块仅需要5人4.5小时即可完成。

实施例6

在实施例1的基础上，预制砌块在被施加1兆帕以上压强的条件下，整体蜂窝状骨架碎裂93.5%以上，使得砌块整体具备以柔性为主导的物理性质。

实施例7

在实施例1的基础上，预制砌块在被施加0.5兆帕压强的条件下，局部蜂窝状骨架开始发生碎裂，使预制砌块受压面附近变为柔性，与周边紧密结合，具有密封效果。随着压强的不断上升，直到1兆帕时，砌块（边长300mm的正方体）完全变为柔性材料。

实施例8

在实施例1的基础上，预制砌块中石墨聚苯乙烯发泡颗粒粒径为0.1mm至0.3mm，并且以0.22mm为均数正态分布。当蜂窝状骨架破溃后，上述参数的石墨聚苯乙烯发泡颗粒能够实现符合要求的柔性性能。并且具有较好的整体减重效果。

实施例9

在实施例1的基础上，还包括羟丙基甲基纤维素醚和淀粉醚，以实施例1中的其他成分添加量作为参照，羟丙基甲基纤维素醚和淀粉醚均添加0.6重量份数。

实施例10

在实施例1的基础上，砌块中还包括17重量份数的粉煤灰，其作用是增加材料的和异性，能够促进砌块中的硅酸盐材料包裹到石墨烯、石墨聚苯乙烯发泡颗粒上，提高蜂窝状结构形成的质量。

实施例11

在实施例1的基础上，砌块中还包括20重量份数的粉煤灰。

实施例12

砌块中包括如下重量份数的成分

硅灰，6重量份数；

促凝剂，1.72重量份数；

甲酸钙，3重量份数；

增强剂，1.6重量份数；

复合憎水剂，3重量份数；

减水剂，3重量份数；

早强剂，2.5重量份数；

锂基密封固化剂，1.44重量份数；

可再分散乳胶粉，2重量份数；

黄原胶粉，2重量份数；

气相二氧化硅，4重量份数。

实施例13

平均在每个蜂窝状骨架的孔隙内，石墨聚苯乙烯发泡颗粒的数量为5个至7个。

实施例14

当受到高温时，蜂窝状骨架结构的孔隙中填充的石墨烯与石墨聚苯乙烯发泡颗粒混合物会被缩融，这时，砌块的主要结构为蜂窝状的硅酸盐材料为主的结构，其抗静电性能非常好而且轻质

实施例15

预制砌块为边长300mm的正方体，标准重量9.0kg，具有蜂窝状骨架结构，并且蜂窝状骨架结构的孔隙内填充有石墨聚苯乙烯发泡颗粒；

蜂窝状骨架结构由525硅酸盐水泥，及混合于硅酸盐水泥中的纤维和石墨烯构成；硅酸盐水泥为193重量份数，石墨聚苯乙烯发泡颗粒为28重量份数，石墨烯为3.3重量份数；纤维为7重量份数，其中包括木纤维1重量份数，硅石纤维6重量份数；

其中，石墨聚苯乙烯发泡颗粒粒径为0.2mm。

还包括：

羟丙基甲基纤维素醚和淀粉醚均为0.6重量份数；粉煤灰17重量份数；

硅灰，6重量份数；

促凝剂，1.72重量份数；

甲酸钙，3重量份数；

增强剂，1.6重量份数；

复合憎水剂，3重量份数；

减水剂，3重量份数；

早强剂，2.5重量份数；

锂基密封固化剂，1.44重量份数；

可再分散乳胶粉，2重量份数；

黄原胶粉，2重量份数；

气相二氧化硅，4重量份数。

另包括115至119重量份数的水。

该实施例具有如下性能指标：

1.耐侯性:无粉化、经冷热循环测试无可见裂隙

2.导热系数:≤0.048

3.抗拉伸:≥0.15MPa

4.抗压:≥0.25MPa

5.容重（绝干）:120-140kg/m3

6.吸水率:≤10%

7.含水:≤8%

8.回弹率:≤5%

9.烟雾毒性:无

如下各实施例为基于上述材料和预制块构成的一种隔离体。

实施例16

隔离体由多个如前述任一项实施例所述的预制砌块拼接构成；其中，相邻所述预制砌块之间具有粘接层，所述隔离体与岩体结合处和/或隔离体表面具有喷涂形成的气密层。单层砌筑状态下隔离体厚度300mm。

实施例17

隔离体厚度600mm。

实施例18

在实施例16的基础上，构成所述粘接层的组份包括：

聚苯乙烯短纤维，硅酸盐细砂，气密剂，粘度改善剂，胶粉，硅酸盐水泥。这种粘结层配比科学，使用简便。使用时按比例加入水调配，在结合面薄涂一层即可。胶泥与隔离体材料同质，粘结强度高，固化快，兼具一定柔性。

实施例19

在实施例16的基础上，构成所述气密层的组份包括：

聚苯乙烯颗粒，聚丙烯纤维，硅酸盐水泥，胶粉，速凝剂，气密剂，粘度改善剂。上述气密层具有粘结性强、密闭性好、固化快速、不流挂、不脆裂，无污染等优点。

实施例20

上述隔离体的施工方式，包括：

使用实施例18中的粘接层进行调和，并砌筑预制砌块。墙体砌筑完成后，与周边煤岩结合部用喷涂的方式喷涂柔性砂浆进行密封。

本领域技术人员应理解的是，实施例中的粉煤灰，硅灰，促凝剂，复合憎水剂，减水剂，早强剂，锂基密封固化剂等组分的具体成分及形状，均以本领域公知的方案为准，为简洁起见在此不再赘述。

以上所述，仅为本公开实施例的具体实施方式，但本公开实施例的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本公开实施例披露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本公开实施例的保护范围之内。因此，本公开实施例的保护范围应以权利要求的保护范围为准。