專利名稱：礦用裂隙注漿材料及其使用方法
技術領域：
本發(fā)明屬于巖體裂隙注漿工程領域，具體地說是礦用裂隙注漿材料及其使用方法。
背景技術：
注漿堵水是煤礦防治水害的重要手段之一。我國北方煤礦在深部開采過程中，遇到各種灰?guī)r水害的威脅，目前采取兩種 措施，一種是疏水降壓，本方法受到水環(huán)境的保護與噸煤成本增高的限制，用得較少；二是注漿改造加固，即對受底部灰?guī)r水威脅的底板隔水層進行注漿加固改造，增加其防滲強度，得到改善底板強度的作用。深部煤層底板巖體裂隙發(fā)育，且承受較大水壓力，底板突水一直威脅著煤炭的安全開采。所以，煤層底板注漿是最重要的防治手段。目前所用的注漿材料主要有兩大類，一類是化學漿液，該漿液可注性好，能注入巖層中的細小裂隙或孔隙。其缺點是結石體強度較低、耐久性較差、價格較貴，尤其對周圍地下水源有嚴重的污染。因此，以加固為目的的工程一般較少采用化學漿材，故應用面不廣。另一類就是水泥類漿液，是一種使用面最廣的基本注漿材料。水泥類漿液雖然具有價格較低且結石體強度高等優(yōu)點，但是由于粒徑較粗，巖體中微細裂隙難以注入，初凝與終凝時間較長且不能準確控制、強度增長速度慢，且易沉降析水等缺點，并且在大孔隙地層中注漿易出現(xiàn)漏漿現(xiàn)象，因而，注漿質量難以保證。因此，目前在水泥類漿液的應用上也有一定的局限性。近年來國內、外在改善水泥類漿液性能方面做了大量的研究工作，如用各種化學添加劑來縮短水泥類漿液的膠凝時間及提高其可注性；為了提高水泥漿液的可注性，開發(fā)了超細水泥注漿材料等。超細水泥注漿材料，其粒度約為普通水泥的十分之一，但其價格大約是普通水泥的十倍，在大量使用的情況下，工程費用較高。因此，按照現(xiàn)有市場急需，開發(fā)一種既能滿足實際工程需要、又經濟適用的注漿材料。目前，在煤層底板加固和含水層改造工程中應用較多的有純水泥漿液、水泥粘土漿液、粉煤灰水泥漿液等。水泥粘土漿液中粘土占到60— 80%，漿液具有高分散性、高結石率、低成本等優(yōu)點，但是在粘土摻入量較大時，漿液的強度低、粘度高，只適用于充填注漿，難以應用于煤層底板加固；粉煤灰水泥漿液的優(yōu)點是漿液的和易性好，缺點是粉煤灰在漿液中容易產生分層現(xiàn)象，并且強度較低；純水泥漿液優(yōu)點是強度較高，缺點是漿液的析水率高、結石率低、成本高。

發(fā)明內容
基于深部煤層底板巖體裂隙發(fā)育非均勻性、各向異性、微空隙性等特點及承受較大的水壓應力條件，本發(fā)明提供一種礦用裂隙注漿材料及其使用方法，具體為以超細水泥為基質材料，通過添加其它不同性能材料，使其具有高滲透性、低析水率、高結石率、微膨脹性等性能，從而滿足煤層底板巖體裂隙注漿需要的煤礦用微細高性能復合微裂隙注漿材料及其使用方法。本發(fā)明是這樣實現(xiàn)的，礦用裂隙注漿材料，其包括下列重量份比的原料超細水泥5. 5 6. Okg、硅粉0· 5 I. 0kg、粉煤灰2· 5 3. 0kg、膨潤土 O. 3 O. 5kg、減水劑O. 05 O.12kg。作為上述方案的進一步改進,該減水劑為聚羧酸系減水劑。本發(fā)明還提供上述礦用裂隙注漿材料的使用方法，礦用裂隙注漿材料在使用時，按水灰比為1:1進行混合，經攪拌調制成漿液。本發(fā)明的有益效果是I)本發(fā)明以超細水泥為基質材料，其粒徑在零點幾微米到幾十微米之間，輔以其他材料，既能降低材料成本，又能能很好地注入、滲入巖體細小裂隙；既不存在化學漿液的對地下水環(huán)境污染問題，又保有滿足加固和抗?jié)B效果的工程要求；2)本發(fā)明具有高結石率、微膨脹性、低析水率，穩(wěn)定性良好等優(yōu)點，在水灰比為I :I時，28d抗壓強度可達15MPa ； 3)礦用裂隙注漿材料中粉煤灰占的比例較大，不僅使得漿液性質發(fā)生良性改變，同時，降低了成本，將廢物進行有效的利用，保護了環(huán)境；4)利用礦用裂隙注漿材料制成的漿液不僅用于礦山防治水，也可用于水利水電工程巖體微孔裂隙巖體加固工程；5)本發(fā)明具有高滲透性、低粘度、低析水率、高結石率、強度適中等優(yōu)點。
具體實施例方式為了使本發(fā)明的目的、技術方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結合實施例，對本發(fā)明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。本發(fā)明結合生產實際和以往應用于此類工程中的經驗與不足，研究了大量原材料的性能，選定其中四種原材料進行漿液的制配，通過材料的不同配比混合，測試其物理性能，并用正交試驗方法找出了最優(yōu)的配比方案，且還找出最優(yōu)的使用方法。本發(fā)明提供的礦用裂隙注漿材料(亦稱之為礦用微細高性能復合微裂隙注漿材料)包括超細水泥、硅粉、粉煤灰、膨潤土、減水劑。最佳配比方案為超細水泥5. O 6. 0kg、硅粉O. 5 I. 0kg、粉煤灰2. 5 3. 0kg、膨潤土 O. 3 O. 5kg，減水劑O. 05 O. 12kg，即超細水泥硅粉粉煤灰膨潤土 減水劑為5. 5飛· O :0· 5 I. O 2. 5 3. O :0· 3 O. 5 :O. 05 O. 12。礦用微細高性能復合微裂隙注漿材料在使用時，選擇水灰比在I: I時，粘度19 25S、析水率O. 5% 2%、初凝時間6hl0min 6h35min、終凝時間8hl5min 8h50min，28d結石體強度能達到15MPa以上。該減水劑優(yōu)選為聚羧酸系減水劑。接下去，對礦用微細高性能復合微裂隙注漿材料的主要成分比例及其作用做一個詳細的介紹。(I)超細水泥(專業(yè)術語，有特定的粒徑要求，目前規(guī)定為超細水泥，其中位粒徑D50可細至Ιμπι以下，達到次納米級,最大粒徑Dmax不超過18um, 80 %以上顆粒尺寸在5μπι以下，顆粒細度水平達到或超過國外同類產品先進水平)。在本實施方式中，超細水泥的粒徑在零點幾微米到幾十微米之間。超細水泥是一種理想的高性能超細顆粒水泥基灌漿材料，它具有與有機化學灌漿液相似的良好滲透性和可灌性，具有更高的強度和耐久性，其比例約為60%。
(2)粉煤灰。在漿液中摻加粉煤灰主要是為了改善漿液的和易性，增強漿液的可泵性，減少水化熱、熱能膨脹性，提高漿液抗?jié)B能力，且節(jié)約超細水泥用量，降低成本。其摻量約在25% 30%之間。 ( 3 )硅粉。硅粉是一種顆粒比超細水泥還要細的電廠副產品，它能夠填充水泥顆粒間的孔隙，同時與水化產物Ca (OH)2生成凝膠體，與堿性材料氧化鎂反應生成凝膠體。本次摻入適量的硅灰可顯著提高抗壓、抗折、抗?jié)B、防腐、抗沖擊及耐磨性能；具有保水、防止離析、泌水、大幅降低泵送阻力的作用；提高漿液的結石率和結石體的致密性，降低漿液的析水率；有效防止發(fā)生漿液與堿骨料反應，其摻量約為5 10%。(4)膨潤土。膨潤土是一種以蒙脫石為主要成分的粘土，具有一定的膨脹性和較好的穩(wěn)定性，在水灰比一定的情況下，隨著膨潤土摻量的增加，漿液的粘度增大、析水率降低，所以膨潤土是一種較好的穩(wěn)定劑和膨脹劑。膨潤土的摻入對水泥漿液的強度有一定影響，只要摻量在5%以內，對漿液強度影響是允許的。含有膨潤土的水泥漿溶液，其保水性、分層度都有較大改善，含水量增大，使得水泥漿溶液的工作性能得到更好的保持，其摻量為5%左右。
下面結合實施例，對本發(fā)明作進一步地詳細描述。實施例I :礦用微細高性能復合微裂隙注漿材料包括下列重量份的原料組分超細水泥5. 0kg、娃粉O. 5kg、粉煤灰2. 5kg、膨潤土 O. 5kg、減水劑O. 05kg。超細水泥粒徑在零點幾微米到幾十微米之間，硅粉是一種顆粒比超細水泥還要細的電廠副
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廣叩ο工藝將上述原料混合均勻，加入水，按水灰比為1:1進行混合，經充分攪拌即調制成漿液。漿液性能析水率I. 2%、粘度19. 53S、初凝時間7hl4min、終凝時間8h55min、結石體7d抗壓強度7. 2MPa、28d抗壓強度12. 5MPa。實施例2 組分超細水泥6. 0kg、娃粉I. 0kg、粉煤灰3. 0kg、膨潤土 O. 4kg、減水劑O. 07kg。工藝將上述原料混合均勻，加入水，按水灰比為1:1進行混合，經充分攪拌即調制成漿液。漿液性能析水率I. 0%、粘度25. 63S、初凝時間6hl8min、終凝時間8h25min、結石體7d抗壓強度9. 4MPa、28d抗壓強度15. 6MPa。實施例3 組分超細水泥5. 5kg、娃粉I. 0kg、粉煤灰2. 5kg、膨潤土 I. 0kg、減水劑O. 10kg。工藝將上述原料混合均勻，加入水，按水灰比為1:0. 8進行混合，經充分攪拌即調制成漿液。漿液性能析水率I. 7%、粘度23. 72S、初凝時間6h48min、終凝時間9hl5min、結石體7d抗壓強度6. 7MPa、28d抗壓強度13. 8MPa。實施例4 組分超細水泥5. 5kg、娃粉I. 5kg、粉煤灰2. 5kg、膨潤土 I. 5kg、減水劑O. 10kg。工藝將上述原料混合均勻，加入水，按水灰比為1:1進行混合，經充分攪拌即調制成漿液。漿液性能析水率I. 3%、粘度38. 06S、初凝時間7hl4min、終凝時間9h45min、結石體7d抗壓強度5. 2MPa、28d抗壓強度13. 5MPa。實施例5:組分超細水泥5. 5kg、娃粉I. 5kg、粉煤灰2. 5kg、膨潤土 I. 5kg、減水劑O. 12kg。工藝將上述原料混合均勻，加入水，按水灰比為1:0. 8進行混合，經充分攪拌即調制成漿液。漿液性能析水率O. 5%、粘度38. 06S、初凝時間7hl4min、終凝時間9h45min、結石體7d抗壓強度5. 5 MPa、28d抗壓強度12. 2MPa。
綜上所述，本發(fā)明提供的礦用裂隙注漿材料(亦稱之為礦用微細高性能復合微裂隙注漿材料)具有以下有益效果I)本發(fā)明注漿材料以超細水泥為基質材料，其粒徑在零點幾微米到幾十微米之間，輔以其他材料，既能降低材料成本，又能能很好地注入、滲入巖體細小裂隙；既不存在化學漿液的對地下水環(huán)境污染問題，又保有滿足加固和抗?jié)B效果的工程要求；2)本發(fā)明具有高結石率、微膨脹性、低析水率，穩(wěn)定性良好等優(yōu)點，在水灰比為I :I時，28d抗壓強度可達15Mpa ；3)注漿材料中粉煤灰占的比例較大，不僅使得漿液性質發(fā)生良性改變，同時，降低了成本，將廢物進行有效的利用，保護了環(huán)境；4)利用礦用微細高性能復合微裂隙注漿材料制成的漿液不僅用于礦山防治水，也可用于水利水電工程巖體微孔裂隙巖體加固工程；5)本發(fā)明具有高滲透性、低粘度、低析水率、高結石率、強度適中等優(yōu)點。以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內。
權利要求
1.礦用裂隙注漿材料，其特征在于，其包括下列重量份比的原料超細水泥5.5 6. Okg、硅粉0. 5 I. 0kg、粉煤灰2. 5 3. 0kg、膨潤土 0. 3 0. 5kg、減水劑0. 05 0.12kg。
2.如權利要求I所述的礦用裂隙注漿材料，其特征在于，該減水劑為聚羧酸系減水劑。
3.礦用裂隙注漿材料的使用方法，其特征在于，該礦用裂隙注漿材料為如權利要求I至2中任意一項所述的礦用裂隙注漿材料，礦用裂隙注漿材料在使用時，按水灰比為I: I進行混合，經攪拌調制成漿液。
全文摘要
本發(fā)明公開了礦用裂隙注漿材料及其使用方法，礦用裂隙注漿材料包括下列重量份比的原料超細水泥5.5~6.0kg、硅粉0.5～1.0kg、粉煤灰2.5～3.0kg、膨潤土0.3～0.5kg、減水劑0.05～0.12kg。礦用裂隙注漿材料以超細水泥為基質材料，輔以其他材料，具有高結石率、微膨脹性、低析水率，穩(wěn)定性良好等優(yōu)點；在水灰比為11時，28天抗壓強度可達15MPa；礦用裂隙注漿材料能很好地注入、滲入巖體細小裂隙；既不存在化學漿液的對地下水環(huán)境污染問題，又保有滿足加固和抗?jié)B效果的工程要求；通過礦用裂隙注漿材料制成的漿液不僅用于礦山防治水，也可用于水利水電工程巖體微孔裂隙巖體加固工程。
文檔編號C04B28/00GK102757206SQ20121028308
公開日2012年10月31日 申請日期2012年8月10日 優(yōu)先權日2012年8月10日
發(fā)明者余大有, 吳軍, 吳松貴, 孫家應 申請人:安徽省煤田地質局第一勘探隊