控制地表沉陷的囊袋式離層注漿材料及其制備和注漿方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于煤礦地表沉陷控制技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種控制地表沉陷的囊袋式 離層注漿材料及其制備和注漿方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 據(jù)統(tǒng)計，我國采礦業(yè)每年占用和破壞的土地約達(dá)3.4萬hm2,其中僅煤炭開采每年 形成的地面塌陷就約達(dá)3.0萬hm2,累計已達(dá)50萬hm2。我國人均耕地面積僅是世界人均耕地 面積的1/4，而目前土地?fù)p害如此嚴(yán)重，必須引起人們的足夠重視。
[0003] 目前控制煤礦開采地表沉陷最有效的方法是充填開采和覆巖離層注漿。而充填開 采相對離層注漿來講，充填管路系統(tǒng)、充填設(shè)備及充填材料投資成本過高，因此，目前覆巖 離層注漿技術(shù)越來越被重視，尤其是在現(xiàn)階段我國煤炭行業(yè)整體利潤下滑的嚴(yán)峻形勢下。 而離層注漿技術(shù)也有亟待解決的兩個難題:一是，由于受采動影響，上覆巖層運(yùn)動是一個動 態(tài)變化過程，離層的高度和寬度都在隨采動不斷變化，因此，離層注漿的位置和時機(jī)難以把 握的很好。一旦采動中離層閉合以后，注漿工作便無法繼續(xù)進(jìn)行，這就使得注漿總量降低， 在控制地表變形方面達(dá)不到預(yù)期效果;二是，離層注漿材料一般采用粉煤灰和水混合而成 的灰漿，而粉煤灰膠結(jié)能力較弱，一旦灰漿在離層中失水以后，固結(jié)的粉煤灰很難保證有足 夠的強(qiáng)度限制上覆巖層的運(yùn)動，控制地表變形;三是，離層注漿材料水灰比一般為2:1，水分 約占70%，離層區(qū)粉煤灰失水以后，這么多水分一旦透過裂隙區(qū)進(jìn)入采場工作面，會對工作 面環(huán)境造成不利影響，甚至有淹井的危險。
[0004] 因此，發(fā)明一種低成本、易操作，高效率、環(huán)保的控制地表沉陷離層注漿材料及工 藝十分必要。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 針對上述技術(shù)問題，本發(fā)明的目的在于提供一種控制地表沉陷的囊袋式離層注漿 材料，該囊袋式離層注漿材料成本低，效率高;本發(fā)明還提供了上述控制地表沉陷的囊袋式 離層注漿材料的制備方法;本發(fā)明另外還提供了上述控制地表沉陷的囊袋式離層注漿材料 的注漿方法，以實現(xiàn)降低注漿成本、控制地表沉陷、保護(hù)當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境的目的。
[0006] 本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：
[0007] -種控制地表沉陷的囊袋式離層注漿材料，由以下質(zhì)量比的主料和水組成，所述 主料由水泥、粉煤灰和外加劑組成，其中，水灰比為〇. 7~0.8，粉煤灰:水泥為0.8~0.9，所 述外加劑占所述主料總量的3 %~5 %。
[0008] 本發(fā)明所述的控制地表沉陷的囊袋式離層注漿材料，其中，所述的外加劑為膨潤 土和早強(qiáng)劑，所述膨潤土為天然鈉基膨潤土;所述的早強(qiáng)劑為硫鋁酸鹽速凝劑，其主要成分 為硫酸鋁和鋁酸鈉。
[0009] 本發(fā)明所述的控制地表沉陷的囊袋式離層注漿材料，其中，所述的膨潤土和所述 早強(qiáng)劑質(zhì)量比例為1:1~1.5:1。
[0010] 本發(fā)明所述的控制地表沉陷的囊袋式離層注漿材料，其中，所述的粉煤灰為電廠 二級或三級粉煤灰，所述的水泥為42.5級的普通硅酸鹽水泥。
[0011] 本發(fā)明所述的控制地表沉陷的囊袋式離層注漿材料，其中，所述的水為自來水或 經(jīng)過清潔的礦排水。
[0012] 本發(fā)明所述的控制地表沉陷的囊袋式離層注漿材料的制備方法，包括以下步驟：
[0013] ( - )將所述水泥和所述粉煤灰分別過4目的標(biāo)準(zhǔn)篩一和標(biāo)準(zhǔn)篩二，確保其沒有結(jié) 塊，然后分別儲存于細(xì)料倉一和細(xì)料倉二；
[0014] (二)將所述水泥、所述粉煤灰、所述外加劑和所述水按照配比分別用稱量斗一、稱 量斗二、稱量斗三和電子稱稱量好備用；
[0015] (三)將步驟(三）中稱量好的所述水泥、所述粉煤灰、所述外加劑和所述水投入攪 拌機(jī)進(jìn)行攪拌，攪拌時間不小于90s。
[0016] 本發(fā)明所述的控制地表沉陷的囊袋式離層注漿材料的注漿方法，包括以下步驟：
[0017] (a)施工準(zhǔn)備:場地進(jìn)行平整，將若干注漿孔位置進(jìn)行放樣，相鄰所述注漿孔的間 距為10~30m;
[0018] (b)鉆孔:鉆所述注漿孔至設(shè)計深度，所述注漿孔的開孔直徑為240~300mm，所述 注漿孔的傾斜度小于1 %;
[0019] (C)注漿管及囊袋制作:注漿管長度大于鉆孔設(shè)計深度的400~600mm;所述注漿管 的上端設(shè)有注漿管彎頭，所述注漿管彎頭連接高壓膠皮軟管，在距所述注漿管的下端300~ 400mm處布設(shè)呈梅花形的若干注漿孔眼，并在所述注漿管的下端采用橡膠閥門堵頭進(jìn)行封 底;囊袋的直徑為500~600mm，長度比鉆孔設(shè)計深度多600~700mm;
[0020] (d)注漿管和囊袋綁扎、下孔:先將所述囊袋自下而上套在所述注漿管外，將所述 囊袋底部扎緊;從所述囊袋底端開始每隔0.8~1.2m，將所述囊袋綁扎在所述注漿管上，在 所述囊袋的最上端，用塑料套環(huán)扎牢，確保所述塑料套環(huán)能在所述注漿管上相對滑動，所述 注漿管的上端伸出地面500mm以上;將所述注漿孔清洗干凈后，將綁有所述囊袋的所述注漿 管緩慢放入所述注漿孔中，當(dāng)所述囊袋到達(dá)設(shè)計高度時停止下放；
[0021] (e)拌漿及注漿:攪拌池中攪拌好的所述水泥、粉煤灰、外加劑和礦排水的料漿進(jìn) 入高壓注漿栗，在所述高壓注漿栗的推動下，通過地面栗送管道、所述高壓膠皮軟管、所述 注漿管彎頭和所述注漿管將所述料漿注入所述囊袋內(nèi)，在此期間，通過所述高壓注漿栗的 壓力計，保證注漿壓力在0.4~0.6MPa，通過所述地面栗送管道上的電磁流量計，控制注漿 流量為50~65L/min;自下而上注楽；，待所述囊袋的上一節(jié)注楽;到設(shè)計楽;量后才能進(jìn)行下一 節(jié)注衆(zhòng)；
[0022] (f)拔注漿管:待所述囊袋的注漿量到設(shè)計要求后，且當(dāng)注漿量與注漿壓力與設(shè)計 要求達(dá)到基本一致時，所述囊袋已經(jīng)完全膨脹為囊袋膨脹，將所述注漿管緩慢拔出，拔所述 注漿管的速度控制在0.5~0.8m/min，并保持注漿壓力為0.4~0.6MPa;待所述注漿管完全 拔出以后，用沙土和碎石對上部空孔進(jìn)行回填，同時將地面振動密實；
[0023] (g)沖洗所述注漿管，移至下一孔位，進(jìn)行下一循環(huán)作業(yè)。
[0024] 本發(fā)明所述的控制地表沉陷的囊袋式離層注漿材料的注漿方法，其中，步驟(e)中 所述囊袋的每一節(jié)注漿過程中，第一次注漿量為設(shè)計量的70%，余下部分每隔30min，分2次 注完。
[0025] 本發(fā)明所述的控制地表沉陷的囊袋式離層注漿材料的注漿方法，其中，步驟(c)中 若干所述注漿孔眼沿所述注漿管的軸向設(shè)有2~3排，所述注漿孔眼的孔眼大小為8~10_， 個數(shù)為每排3~4個，共6~8個圓形鉆孔。
[0026] 本發(fā)明所述的控制地表沉陷的囊袋式離層注漿材料的注漿方法，其中，所述囊袋 采用尼龍纖維無縫編織的尼龍囊袋;所述注漿管采用鋼管。
[0027] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：
[0028] 本發(fā)明所述的控制地表沉陷的囊袋式離層注漿材料，與傳統(tǒng)離層注漿材料相比， 本發(fā)明材料可栗性好、泌水率和分層度低、凝結(jié)時間短，強(qiáng)度和穩(wěn)定性高，注漿用量少，單孔 注漿總量約為13m 3，材料成本低。
[0029] 本發(fā)明所述的控制地表沉陷的囊袋式離層注漿材料，所述的外加劑為膨潤土和早 強(qiáng)劑，所述膨潤土為天然鈉基膨潤土;所述的早強(qiáng)劑為硫鋁酸鹽速凝劑，天然鈉基膨潤土能 夠使所述注漿材料具有良好的的膨脹性、粘結(jié)性和潤滑性，使料漿抗剪強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度大 大增強(qiáng);硫鋁酸鹽速凝劑能夠縮短料漿凝結(jié)時間，增加料漿強(qiáng)度。
[0030] 本發(fā)明所述的控制地表沉陷的囊袋式離層注漿材料的制備方法，操作簡單，成