CN101691289A - 一种煤岩体注浆加固材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明为一种新型的用于煤岩体加固的丁苯胶乳改性水泥基注浆加固材料及其制备方法。高性能丁苯胶乳水泥基注浆材料，由普通硅酸盐水泥、丁苯胶乳、减水剂、消泡剂、调凝剂等按一定的质量配比组成。该注浆材料具有较高的水灰比、强的保水性、良好的流动性和可灌性、很好的体积稳定性、浆体凝结时间可控。可保持长时间输送不泌水、施工简单、操作方便。该材料与煤岩体有良好的粘结能力、加固煤岩体具有合适的强度、浆液无毒、价格低廉，可广泛用于各类破碎煤岩体的加固。

Description

一种煤岩体注浆加固材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种注浆加固材料及其制备方法，具体是指一种能确保煤岩体稳定的注浆加固材料。

背景技术

煤炭在我国一次能源生产和消费结构中始终占70％左右。随着煤矿开采深度的增加煤质破碎变软。矿井开采过程中片帮、冒顶事故不断增加，给工作面的开采带来了严重影响。因此，确保煤岩体的稳定，防止工作面发生片帮冒顶，实现稳产高产及安全生产，是采煤过程中必须解决的问题之一。煤岩体注浆加固材料是解决这一问题的有效手段，它能将原来裂隙发育的破碎煤岩体固结成为完整性较好的煤岩体，可有效地防止片帮冒顶事故的发生。

为了减小片帮和冒顶的危险向松软和破碎的煤体中注入注浆材料，提高煤体强度，使破碎的煤岩体能发展成为一个整体，增加阻碍煤与瓦斯突出的阻力。目前用于注浆的材料主要分为以下三类：化学浆液类；水泥类；复合浆材类。化学浆液属于真溶液型，配成的浆液不易出现颗粒的离析，一般粘度较低，易于进入细小裂隙或孔隙之中，浆液注入能力较强，但由于其造价一般都很高，浆液成分中一般都有含量不等的有害化合物，处理不好常会造成不同程度的环境污染，很难大范围应用于井下注浆工程。水泥浆材由于较差的析水性和稳定性以及颗粒粒径本身的限制，水泥类浆材对较小裂隙注浆体的注浆表现出局限性。复合浆材类，其主要是在水泥材料的基础上添加各种聚合物化学浆液，将水泥浆材和化学浆材的优点结合起来，使水泥浆材的性能得到改善，以达到不同注浆环境下的应用目的。正是因为复合浆材的优点目前受到广泛的关注和研究。由于井下煤体注浆的特殊环境，我们选择水泥基聚合物复合浆材来进行研究。

发明内容

本发明的目的在于提供一种与煤岩体有良好的粘结性、大的流动性和可注性、较好的析水性和体积稳定性、凝结时间合适可调的注浆加固煤岩体的材料，且该材料对注浆环境无危害能广泛应用在煤矿开采或其它矿山开采中。

本发明发现该丁苯胶乳存在一个最佳的掺入量，在合适的掺入量范围内(水泥质量的12～16％)固结体的柔韧性得到明显的改善。本注浆材料在较高的水灰比下(水泥质量的100～140％)加固煤岩体取得了良好的力学强度，保证了注浆材料的流动性和注浆效果。

本发明一种煤岩体注浆加固材料，所述注浆材料配方组成是：

普通硅酸盐水泥                100份

奈系减水剂                    水泥质量的0.8～1％

SBR水泥丁苯胶乳               水泥质量的12～16％

消泡剂(8034A)                 胶乳质量的2～3％

三乙醇胺                      水泥质量的0.05～0.2％

水                            水泥质量的100～140％

上述配料中，普通硅酸盐水泥优选粒度筛选40μm达到95％的普通硅酸盐水泥。原材料的颗粒性对于浆液的渗透能力有很大影响，必须对原材料中水泥的细度加以控制，40μm筛选的数量要达到95％。

其中，丁苯胶乳乳液对水泥的改性作用是通过丁苯胶乳在水泥与骨料间形成具有较高粘结力的膜，并堵塞砂浆内的孔隙来实现的。水泥水化与丁苯胶乳成膜同时进行，最后形成水泥浆与聚合物膜在一起的互穿网络结构。来达到对水泥改性的目的，以取得对煤岩体注浆加固良好的效果。奈系减水剂用来增强浆液的流动度和改善水泥浆液的性质。消泡剂(8034A)用来减少丁苯胶乳水泥浆液中引入的气泡。三乙醇胺用来调节注浆材料的早期强度和凝结时间。

本发明的煤岩体注浆加固材料，其主要特点就在于用一种特制的丁苯胶乳掺入到普通硅酸盐水泥浆液中，该丁苯胶乳具有良好的化学和物理稳定性、较小的粘度和颗粒组成。该丁苯胶乳与水泥浆液结合有良好的保水性能起到更好的注浆效果，能渗入到水泥浆液不能渗入的细小裂隙之中。对水泥浆液的改性效果良好，在合适的掺量范围内能大幅度提高固结体的抗折强度，对抗压强度同时也有一定程度上的提高。经该胶乳改性后的水泥浆液，在较高的水灰比下具有较好的保水性和体积稳定性，还可以保持合适的凝结时间。

本发明一种煤岩体注浆加固材料其具体的制备方法包含如下步骤：

(1)选取粒度筛选合适的硅酸盐水泥，优选粒度筛选40μm达到95％的普通硅酸盐水泥。

(2)按照配方将水泥、减水剂等粉料称量好进行预混，将水、消泡剂、三乙醇胺按照配方加入搅拌机中与粉料一起进行搅拌；

(3)最后加入合适比例的SBR水泥丁苯胶乳，混合搅拌均匀。

下面通过实验来说明本煤岩体注浆加固材料的性能：

(1)保水性实验

实验材料：煤岩体注浆加固材料，普通硅酸盐水泥。水灰比W/C＝1.2，SBR水泥丁苯胶乳与水泥的质量比选择12％。

实验方法：把各种原料按比例在预先准备好的容器里面配置成浆液，称量浆液和容器的总质量，精确到0.01g，静置5小时，测定其泌水率。泌水率的测定方法参照《房材与应用》2001年第29卷第5期，第28页。

实验结果：本发明材料的泌水率仅为8％，而普通硅酸盐水泥的泌水率为32％。由此可见本发明煤岩体注浆加固材料具有良好的保水性。

(2)干缩率实验

实验材料：煤岩体注浆加固材料，普通硅酸盐水泥。水灰比W/C＝1.2，SBR水泥丁苯胶乳与水泥的质量比选择12％。

实验方法：参考《水泥砂浆收缩性试验规程》进行收缩率测试实验。将试件养护到相应龄期，用游标卡尺测试试件长度。

龄期	7d	28d
			煤岩体注浆加固材料收缩率(％)	0.0302	0.0289
普通硅酸盐水泥净浆收缩率(％)	0.0893	0.1179

由此可见煤岩体注浆加固材料具有良好的体积稳定性。

(3)加固煤体实验

实验材料：煤岩体注浆加固材料，普通硅酸盐水泥。水灰比W/C＝1.2，SBR水泥丁苯胶乳与水泥的质量比选择12％。煤颗粒的粒经选择≤2mm颗粒。

实验方法：采用国家标准GB/T17671-1999进行实验。煤粒与浆液选择体积比4∶1进行模拟加固实验，其中ρ_煤＝1.35g/cm³。

煤体加固测试数据见下表：

由此可以看出，本发明一种煤岩体注浆加固材料，力学性能明显好与普通硅酸盐水泥，原料价格相对便宜，购置方便，对人体和环境无毒无害，可广泛用于各类破碎煤岩体的加固。

具体实施方式

实施例1：

取普通硅酸盐425水泥400g，减水剂4g，SBR水泥丁苯胶乳48g，消泡剂1.45ml，自来水480ml。在注浆材料中减水剂、丁苯胶乳、自来水和水泥的质量比分别为1％、12％和120％。消泡剂和丁苯胶乳的质量比为3％。将水泥和减水剂进行预混，保证混合均匀。将消泡剂加入水中进行搅拌加到净浆搅拌机中。将混合好的粉料加入到搅拌机中，开始搅拌，慢搅2min，在这期间将丁苯胶乳缓慢加入，快速搅拌2min，开始注浆。

实施例2：

取普通硅酸盐425水泥1600g，减水剂16g，SBR水泥丁苯胶乳224g，消泡剂6.72ml，自来水2240ml，三乙醇胺1.6g。在注浆材料中减水剂、丁苯胶乳、自来水、三乙醇胺和水泥的质量比分别为1％、14％、140％和0.1％。消泡剂和丁苯胶乳的质量比为3％。将水泥和减水剂进行预混，保证粉料混合均匀。将消泡剂和三乙醇胺以及水加到净浆搅拌机中进行搅拌。将混合好的粉料加入到搅拌机中，开始搅拌，慢搅2min，在这期间将丁苯胶乳缓慢加入，快速搅拌2min，开始注浆。

Claims (4)

1.一种煤岩体注浆加固材料，其特征在于：在普通硅酸盐水泥基础上添加高分子聚合物SBR水泥丁苯胶乳，所述注浆材料配方组成是：

普通硅酸盐水泥            100份

奈系减水剂                水泥质量的0.8～1％

SBR水泥丁苯胶乳           水泥质量的12～16％

消泡剂(8034A)             胶乳质量的2～3％

三乙醇胺                  水泥质量的0.05～0.2％

水                        水泥质量的100～140％

                                                。

2.根据权利要求1所述的一种煤岩体注浆加固材料，其特征在于：所述普通硅酸盐水泥是粒度筛选40μm达到95％的普通硅酸盐水泥。

3.一种制备如权利要求1所述的煤岩体注浆加固材料的制备方法，其特征在于所述方法包括如下步骤：

(1)选取粒度筛选合适的普通硅酸盐水泥。

(2)按照配方将普通硅酸盐水泥、奈系减水剂等粉料称量好进行预混，将水、消泡剂(8034A)、三乙醇胺按照配方加入搅拌机中与粉料一起进行搅拌；

(3)最后加入合适比例的SBR水泥丁苯胶乳，混合搅拌均匀。

4.根据权利要求3所述的一种制备煤岩体注浆加固材料的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)中普通硅酸盐水泥是粒度筛选40μm达到95％的普通硅酸盐水泥。