CN112939542B

CN112939542B - 一种高强度、速凝、膨胀型多用途注浆材料及其制备、应用方法

Info

Publication number: CN112939542B
Application number: CN202110332413.XA
Authority: CN
Inventors: 罗卫东; 蒋中承; 唐勇; 杨乘; 任青山
Original assignee: Guizhou Panjiang Coal Power Group Technology Research Institute Co ltd
Current assignee: Guizhou Panjiang Coal Power Group Technology Research Institute Co ltd
Priority date: 2021-03-29
Filing date: 2021-03-29
Publication date: 2022-07-26
Anticipated expiration: 2041-03-29
Also published as: CN112939542A

Abstract

本发明公开了一种高强度、速凝、膨胀型多用途注浆材料，包含以下组分：双快水泥：45%‑60%；普通硅酸盐水泥：30%‑45%；保水剂：0.05%‑0.15%；减水剂：0.10%‑0.25%；改性引气剂：0.01%‑0.15%；复合分散剂：0.05%‑0.15%；工业纤维素：0.05%‑0.15%；生石灰：4%‑6%；膨润土：3.5%‑6%；将所述注浆材料与水以水灰比为0.6‑1的比例混合制备浆液，用于破碎围岩体的固结，瓦斯、一氧化碳有毒有害气体涌出裂隙的注浆封堵、瓦斯抽采钻孔、瓦斯压力测定钻孔的高效密封以及矿井渗漏水裂隙封堵。本发明具有高强度、膨胀大、流动性佳、速凝、致密低渗等优点，并且价格低廉，节约成本。

Description

一种高强度、速凝、膨胀型多用途注浆材料及其制备、应用方法

技术领域

本发明属于矿山安全生产技术领域，具体涉及一种高强度、速凝、膨胀型多用途注浆材料及其制备、应用方法。

背景技术

注浆法是矿山安全开采必不可少的控制矿山灾害的施工方法，一直广泛应用于巷道围岩加固、瓦斯治理、矿井防治水、采空区防灭火等多个应用领域。上述领域注浆质量的优劣决定着矿山能否安全高效的开采，而注浆材料的质量是决定注浆施工质量的关键因素，其性能尤为重要。

目前矿山企业应用的注浆材料主要为有机膨胀材料和普通水泥材料。现阶段国内有规模的矿山企业在开采时已停止或者大幅度减少使用聚氨酯类有机膨胀材料，究其原因是有机膨胀材料具有毒性、拥有较高的反应温度、冷却后易收缩、抗压强度低、价格高昂等弊端。而普通水泥材料没有膨胀能力、凝固后收缩且具有凝固时间较长等固有的缺点决定了其在治理矿山灾害方面不具有较为明显的优势，针对该缺陷，有人在普通水泥中添加膨胀剂，所得浆液的膨胀率仅为3‰-5‰，膨胀率太低，没有明显的膨胀效果，达不到矿山安全生产中的注浆、填充等高效封堵要求。

公告号为CN 109437771 A的中国专利公开了一种矿用柔性封堵注浆材料，它包括硅酸盐水泥、石膏、粉煤灰、速凝剂、减水剂，所有原料按重量百分比为：硅酸盐水泥45-55％、石膏5-10％、粉煤灰30-40％、速凝剂2-3％、膨胀剂7-10％。所述注浆材料成本低，流动性好，但是早期强度很低，并且凝固时间较长。

公告号为CN 111620657 A的中国专利公开了矿井工作面底抽巷软岩破碎顶板珠注浆材料及其施工工艺，所述注浆材料包括：A料浆液：硫铝酸盐熟料100份，萘系减水剂1-2份，羟基羧酸缓凝剂0.6-0.9份，硫铝酸盐膨胀剂1-5份，水100-150份；B料浆液：二水石膏90份、石灰15份，一级粉煤灰15份、减水剂1-2份，速凝剂1-4份，偏铝酸钠早强剂1-5份，悬浮剂羧甲基纤维素钠1-3份，水100-150份，使用时A料浆液和B料浆液1:1混合。该配方生产的注浆材料凝结后早期强度大，但是后期强度基本很难增加，且膨胀率低，无法达到矿山安全生产注浆、填充等封堵要求。

发明内容

本发明的目的是，提供一种高强度、速凝、膨胀型多用途注浆材料及其制备、应用方法，具有高强度、膨胀、流动性佳、速凝等优点，适用于破碎围岩体的固结、有毒有害气体涌出裂隙的注浆封堵、瓦斯钻孔的高效密封、矿井渗漏水裂隙封堵等多个矿山安全开采领域，实现低成本高质量，可有效替代有机注浆材料大幅度节约矿山企业的生产成本。

本发明采用的技术方案是，一种高强度、速凝、膨胀型多用途注浆材料，包含以下组分：

双快水泥：45％-60％；

普通硅酸盐水泥：30％-45％；

保水剂：0.05％-0.15％；

减水剂：0.10％-0.25％；

改性引气剂：0.01％-0.15％；

复合分散剂：0.05％-0.15％；

工业纤维素：0.05％-0.15％；

生石灰：4％-6％；

膨润土：3.5％-6％。

优选地，所述改性引气剂为普通金属粉末引气剂和月桂醇硫酸钠表面活性剂溶液的混合物，

优选地，所述改性引气剂的制备方法包括以下步骤：

C1：将普通金属粉末引气剂和月桂醇硫酸钠表面活性剂溶液按照质量比1:1充分搅拌1小时，使其混和均匀后得到混合材料；

C2：将所得混合材料放入真空干燥箱中进行低温干燥，干燥温度不高于30摄氏度，干燥时间大于8小时；

C3：将干燥后的混合材料放入密闭式粉碎制样机中充分研磨粉碎制备改性引气剂，所述改性引气剂为400-1000目。

优选地，所述双快水泥采用42.5型。

优选地，所述保水剂为粉状可再分散乳胶粉。

优选地，所述减水剂为粉状聚羧酸高效减水剂。

优选地，所述复合分散剂为六偏磷酸钠和多聚磷酸钠按照质量比1:1混合所得。

优选地，所述工业纤维素为羟丙基甲基纤维素。

优选地，所述膨润土为钠基膨润土。

优选地，一种高强度、速凝、膨胀型多用途注浆材料的制备、应用方法，将所述注浆材料与水混合均匀制备浆液，其水灰比为0.6-1；所述浆液用于破碎围岩体的固结、瓦斯、一氧化碳有毒有害气体涌出裂隙的注浆封堵、瓦斯抽采钻孔、瓦斯压力测定钻孔的高效密封以及矿井渗漏水裂隙封堵；其中，用于破碎围岩体固结时，所述改姓引气剂的质量分数为0.01％-0.05％，用于裂隙注浆封堵、钻孔密封或矿井渗漏水裂隙封堵时，所述改姓引气剂的质量分数为0.05％-0.15％。

相较现有技术，本发明的有益效果是：

1、本发明采用双快水泥搭配普通硅酸盐水泥作为主要原料，兼具双快水泥速凝、早强的优点和普通硅酸盐水泥后期强度高、致密的优点，同时增加改性引气剂使得材料具有速凝、高强度、膨胀等特点，以上述三种材料为基础复配一定的高效外加剂进一步实现材料的高强度、膨胀、流动性佳、速凝、致密低渗等优点；实验证明，本发明浆液状态时具有速凝、膨胀、流动性佳的优点，注浆材料凝固时间10-30min，膨胀系数为3％-10％，膨胀效果肉眼可见，凝固后兼具早期强度和中、后期的高强度，1天单轴抗压强度大于10Mpa，且具有致密、粘接性强的优点，适用于破碎围岩体的固结、有毒有害气体涌出裂隙的注浆封堵、瓦斯钻孔的高效密封、矿井渗漏水裂隙封堵等多个矿山安全开采领域，此外，本发明配方中原料价格低廉，大规模推广使用后可显著节约矿山企业的生产成本；

2、本发明通过改性引气剂，主要利用月桂醇硫酸钠表面活性剂对普通金属粉末引气剂包裹后分散于注浆材料中，并稳定地附着在其他原料表面，为后期反应提供基质，减少混凝土泌水和离析，提高混凝土的均质性，有利于注浆材料浆液中的原料反应生成气泡，提高膨胀系数；

3、本发明采用42.5型双快水泥，终凝时间为10分钟，加快注浆材料的凝固速率；

4、本发明保水剂采用粉状可再分散乳胶粉，为有机材料，有利于浆液气泡微裂隙均匀，提高浆液渗透性；

5、通过工业纤维素和膨润土，增加浆液的悬浮性能，提高浆液稳定性；

6、本发明采用生石灰作为增钙剂，能增强注浆材料后期强度，并且增大浆液碱性，有利于改性引气剂反应生成气泡，并均匀分散，促进浆液凝结时膨胀；

7、本发明采用六偏磷酸钠和多聚磷酸钠使得注浆材料分散性更好，各原料组分均匀稳定分布，避免浆液中存在大块，有利于提高流动性；

8、通过粉状聚羧酸高效减水剂增强浆液流动性，采用水泥净浆流动度测试其净浆流动度在210-300mm之间，有利于浆液向钻孔内部流动。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合实施例对本发明进一步解释说明。

一种高强度、速凝、膨胀型多用途注浆材料，包含以下组分：双快水泥：45％-60％；普通硅酸盐水泥：30％-45％；保水剂：0.05％-0.15％；减水剂：0.10％-0.25％；改性引气剂：0.01％-0.15％；复合分散剂：0.05％-0.15％；工业纤维素：0.05％-0.15％；生石灰：4％-6％；膨润土：3.5％-6％。各组分总量和为100％。

优选地，所述改性引气剂为普通金属粉末引气剂和月桂醇硫酸钠表面活性剂溶液的混合物，月桂醇硫酸钠表面活性剂对普通金属粉末引气剂包裹后分散于注浆材料中，并稳定地附着在其他原料表面，有利于注浆材料浆液中的原料反应生成气泡，从而提高膨胀系数。

所述改性引气剂的制备方法包括以下步骤：

优选地，所述双快水泥采用42.5型，终凝时间为10min，减少注浆材料凝固时间，普通硅酸盐水泥型号为425#或525#。

优选地，所述保水剂为粉状可再分散乳胶粉，有机材料，有效提高浆液的渗透性。

优选地，所述减水剂为粉状聚羧酸高效减水剂，增强注浆材料在钻孔中的流动性。

优选地，所述复合分散剂为六偏磷酸钠和多聚磷酸钠按照质量比1:1混合所得，使得注浆材料分散性更好，各原料组分均匀稳定分布，防止沉降。

优选地，所述工业纤维素为羟丙基甲基纤维素，有利于提浆液稳定性。

优选地，所述膨润土为钠基膨润土，具有一定的膨胀性和吸附性，并且增加浆液的悬浮性能。

一种高强度、速凝、膨胀型多用途注浆材料的制备、应用方法：将所述注浆材料与水混合均匀制备浆液使用，其水灰比0.6-1，所述浆液直接通过注浆机向钻孔封堵段或裂隙内注浆。

所述浆液可用于破碎围岩体的固结，瓦斯、一氧化碳有毒有害气体涌出裂隙的注浆封堵、瓦斯抽采钻孔、瓦斯压力测定钻孔的高效密封以及矿井渗漏水裂隙封堵。其中，用于破碎围岩体固结时，所述改姓引气剂的质量分数为0.01％-0.05％，有效增大注浆材料凝固后的强度；用于裂隙注浆封堵、钻孔密封或矿井渗漏水裂隙封堵时，所述改姓引气剂的质量分数为0.05％-0.15％，改姓引气剂用量较多，增大膨胀系数，有利于注浆材料凝结过程中膨胀封堵裂隙。

实施例1

配置一种高强度、速凝、膨胀型多用途注浆材料，包含以下组分：双快水泥：60％；普通硅酸盐水泥：30％；保水剂：0.1％；减水剂：0.15％；改性引气剂：0.15％；复合分散剂：0.05％；工业纤维素：0.05％；生石灰：4.5％；膨润土：5％。

制备方法及应用：将上述原料与水按重量0.7:1的比例均匀混合，所得浆液用于瓦斯、一氧化碳有毒有害气体涌出裂隙的注浆封堵。

实施例2

配置一种高强度、速凝、膨胀型多用途注浆材料，包含以下组分：双快水泥：55％；普通硅酸盐水泥：45％；保水剂：0.1％；减水剂：0.15％；改性引气剂：0.1％；复合分散剂：0.05％；工业纤维素：0.1％；生石灰：5％；膨润土：4.5％。

制备方法及应用：将上述原料与水按重量0.8:1的比例均匀混合，所得浆液用于瓦斯抽采钻孔、瓦斯压力测定钻孔的高效密封。

实施例3

配置一种高强度、速凝、膨胀型多用途注浆材料，包含以下组分：双快水泥：50％；普通硅酸盐水泥：40％；保水剂：0.1％；减水剂：0.2％；改性引气剂：0.05％；复合分散剂：0.1％；工业纤维素：0.05％；生石灰：4％；膨润土：5.5％。

制备方法及应用：将上述原料与水按重量0.85:1的比例均匀混合，所得浆液用于矿井渗漏水裂隙封堵。

实施例4

配置一种高强度、速凝、膨胀型多用途注浆材料，包含以下组分：双快水泥：45％；普通硅酸盐水泥：45％；保水剂：0.1％；减水剂：0.15％；改性引气剂：0.05％；复合分散剂：0.1％；工业纤维素：0.1％；生石灰：4.5％；膨润土：5％。

制备方法及应用：将上述原料与水按重量1:1的比例均匀混合，所得浆液在破碎岩体的注浆加固中使用。

对上述实施例1-4制备的一种高强度、速凝、膨胀型多用途注浆材料进行性能测试，其结果如下表所示：

从上述测试结果可以看出，以本发明配方生产的注浆材料浆液状态时具有速凝、膨胀好、流动性佳的优点，凝固后兼具有早期强度和中、后期的高强度，且具有致密、粘接性强的优点，能有效跟钻孔孔壁以及破碎掩体壁面无缝结合，具有优良的密封封堵效果。

该材料在贵州盘江精煤股份公司金佳煤矿22号煤层一采区132204运输巷顺层钻孔进行了井下现场封堵瓦斯抽采钻孔的密封实验。在1个月的观察时间通过对其中20个随机钻孔的瓦斯抽采浓度进行检测，平均瓦斯抽采浓度为61.3％，比同等条件下的普通水泥材料密封的钻孔瓦斯抽采平均浓度36.4％提高约24.9个百分点，提高比例为68.4％，极大地提高了瓦斯抽采钻孔的密封效果。

该材料在贵州盘江煤电集团林东公司龙凤煤矿9号煤层59210风巷底抽巷掘进期间进行了破碎岩体注浆加固作业，通过向掘进面前方的岩体内钻取直径94mm的若干钻孔，孔深均为60米。使用该材料向钻孔内注浆，其中俯角孔采用灌浆法灌入，仰角孔采用密封孔口并加装注浆管和全钻孔长度的返浆管向钻孔内压入式注浆。在注浆结束后1天即可进行掘进施工，从掘进期间揭露的岩体可见岩体裂隙间得到了灌浆材料有效的胶结充填，掘进期间巷道围岩压力非常稳定，大大提高了掘进效率，且掘进期间的安全效益得到了有效保障。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明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发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims

1.一种高强度、速凝、膨胀型多用途注浆材料，其特征在于，包含以下组分：双快水泥：45%-60%；普通硅酸盐水泥：30%-45%；保水剂：0.05%-0.15%；减水剂：0.10%-0.25%；改性引气剂：0.01%-0.15%；复合分散剂：0.05%-0.15%；工业纤维素：0.05%-0.15%；生石灰：4%-6%；膨润土：3.5%-6%；所述复合分散剂为六偏磷酸钠和多聚磷酸钠按照质量比1:1混合所得；

所述改性引气剂为普通金属粉末引气剂和月桂醇硫酸钠表面活性剂溶液的混合物，所述改性引气剂的制备方法包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种高强度、速凝、膨胀型多用途注浆材料，其特征在于：所述双快水泥采用42.5型。

3.根据权利要求1所述的一种高强度、速凝、膨胀型多用途注浆材料，其特征在于：所述保水剂为粉状可再分散乳胶粉。

4.根据权利要求1所述的一种高强度、速凝、膨胀型多用途注浆材料，其特征在于：所述减水剂为粉状聚羧酸高效减水剂。

5.根据权利要求1所述的一种高强度、速凝、膨胀型多用途注浆材料，其特征在于：所述工业纤维素为羟丙基甲基纤维素。

6.根据权利要求1所述的一种高强度、速凝、膨胀型多用途注浆材料，其特征在于：所述膨润土为钠基膨润土。

7.根据权利要求1-6任一项所述的一种高强度、速凝、膨胀型多用途注浆材料的应用方法，其特征在于：将所述注浆材料与水混合均匀制备浆液，其水灰比为0.6-1；所述浆液用于破碎围岩体的固结、瓦斯、一氧化碳有毒有害气体涌出裂隙的注浆封堵、瓦斯抽采钻孔、瓦斯压力测定钻孔的高效密封以及矿井渗漏水裂隙封堵；其中，用于破碎围岩体固结时，所述改性引气剂的质量分数为0.01%-0.05%，用于裂隙注浆封堵、钻孔密封或矿井渗漏水裂隙封堵时，所述改性引气剂的质量分数为0.05%-0.15%。