CN103342524B - 一种矿井用密封注浆料及其制备方法 - Google Patents

一种矿井用密封注浆料及其制备方法 Download PDF

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一种矿井用密封注浆料及其制备方法，包括石英砂粉、高岭土粉、骨粉、蓝晶石粉、填充粉、铝酸钙水泥、环氧树脂固化剂和速凝剂，所述填充粉由单质硅粉、微硅粉和氧化铝微粉组成，其中，石英砂粉与高岭土粉的重量比为1:0.7-0.9，骨粉、蓝晶石粉、填充粉、铝酸钙水泥和环氧树脂固化剂的重量分别为石英砂粉重量的40-60%、30-50%、15-20%、130-150%、3-5%和3-7%。本发明通过在石英砂粉、高岭土粉和蓝晶石粉中加入骨粉和填充粉，并按照特定的工艺烧结，然后与环氧树脂固化剂和铝酸钙水泥配合形成注浆料，大幅度提高了注浆料的抗震性和抗裂变性，降低了气孔率，从而提高了密封效果。

Description

一种矿井用密封注浆料及其制备方法
技术领域
本发明涉及到一种密封材料，具体的说是一种矿井用密封注浆料及其制备方法。
背景技术
瓦斯抽采是矿井作业中，治理瓦斯的重要手段。在瓦斯抽采过程中，需保证钻孔严实密封，以保证瓦斯抽采效果。
现有技术中，采用以下方式保证钻孔的密封：在钻孔的预定深度处设置有挡板，抽采管穿过该挡板，在钻孔的孔口处设置进浆管。使用注浆泵将水泥砂浆等注浆料沿进浆管注入，水泥砂浆等注浆料会充盈挡板、抽采管和钻孔内壁之间的孔隙，持续注浆直至水泥砂浆等注浆料从出浆管中溢出，等水泥砂浆等注浆料凝固后，即实现钻孔的密封。
现有技术所采用的注浆料凝固后，其气孔率较高导致密封性能并不良好，而且，由于地下环境复杂，岩层或煤层容易发生震动，导致凝固好的注浆料很容易出现裂纹，进而引起瓦斯泄露。
发明内容
为解决现有技术的注浆料气孔率高、抗裂变、抗震动性能差导致的密封效果不理想问题，本发明提供了一种矿井用密封注浆料及其制备方法。
    本发明为解决上述技术问题采用的技术方案为：一种矿井用密封注浆料，包括粒径为500-600μm的石英砂粉、粒径为450-550μm的高岭土粉、粒径为300-400μm的骨粉、粒径为300-400μm的蓝晶石粉、粒径为100-150μm的填充粉、铝酸钙水泥、环氧树脂固化剂和速凝剂，所述填充粉由重量比为1:0.5 -0.7：0.3-0.5的单质硅粉、微硅粉和氧化铝微粉组成，各物料的比例如下：
石英砂粉与高岭土粉的重量比为1:0.7-0.9，骨粉、蓝晶石粉、填充粉、铝酸钙水泥、环氧树脂固化剂和速凝剂的重量分别为石英砂粉重量的40-60%、30-50%、15-20%、130-150%、3-5%和3-7%。
上述密封注浆料的制备方法包括以下步骤：
1）按照权利要求1所述的比例分别称取符合粒径要求的物料备用；
2）将称取好的石英砂粉、高岭土粉、蓝晶石粉和填充粉干混并搅拌均匀后在1500-1600℃的条件下煅烧2-3h后冷却至常温，取出后粉碎至300-500μm得到烧结粉料，备用；
3）将称取好的骨粉加入到步骤2）制得的烧结粉料中，混合均匀在800-1000℃的条件下煅烧1-2h，自然冷却至常温后粉碎至300-400μm得到复合粉料，备用；
4）按照施工所需取用步骤3）的复合粉料送入搅拌机，然后按照权利要求1所述的比例向其中铝酸钙水泥、环氧树脂固化剂和速凝剂，开机搅拌3-5min使其混合均匀，备用；
5）使用前，向步骤4）所述的搅拌机内加入搅拌机内物料总重量2-4%的水，开机搅拌10－20分钟，即制得产品。
本发明所用的高岭土，其成分为大量的Al2O3、SiO2和少量的Fe2O3、TiO2以及微量的K2O、Na2O、CaO和MgO等，在高温状态下，CaO、MgO及SiO2形成CaO- Fe2O3, SiO2- Fe2O3, Mg- Fe2O3的结构，增强了材料的结合强度和抗裂变性能。
本发明中，高温下，部分的单质硅粉会氧化为SiO2，然后SiO2和Al2O3反应形成针、柱状的莫来石晶体，从而改善注浆料的强度。此外，另外一部分硅粉仍保持其原来的属性，并在高温状态下变成粘塑性相，弥散分布在材料中，提高材料的韧性，并填充其气孔，改善注浆料的抗震性，降低了气孔率。
本发明中微硅粉和石英砂双参，可改善材料体系中颗粒的紧密堆积，氧化铝微粉活性大，在高温下充分分散于材料的间隙内，大大提高其填充率，降低气孔率。
本发明采用环氧树脂固化剂，其与水泥基非金属材料混合使用，增强了材料的防水性能，并保证很高的交联密度，提高了材料的抗渗透性。
本发明中，所用骨粉为动物骨骼粉碎而成，其在高温下起到塑性料和瘠性料的双重作用，用于调整注浆料的粘度、渗透性及收缩性。
本发明中加入聚丙烯腈纤维，大大的减少了材料中毛细孔的尺度和连通毛细孔的数量，有效地提高了抗渗性，降低了气孔率，提高了密封效果。
本发明所用的速凝剂为市售的速凝剂。
有益效果：本发明通过在石英砂粉、高岭土粉和蓝晶石粉中加入骨粉和由单质硅粉、微硅粉、氧化铝微粉组成的填充粉，并按照特定的工艺烧结，然后与环氧树脂固化剂和铝酸钙水泥配合形成注浆料，大幅度提高了注浆料的抗震性和抗裂变性，降低了气孔率，从而提高了密封效果。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明做进一步的阐述。
实施例1
一种矿井用密封注浆料，包括粒径为500-600μm的石英砂粉、粒径为450-550μm的高岭土粉、粒径为300-400μm的骨粉、粒径为300-400μm的蓝晶石粉、粒径为100-150μm的填充粉、铝酸钙水泥、环氧树脂固化剂和速凝剂，所述填充粉由重量比为1:0.5：0.3的单质硅粉、微硅粉和氧化铝微粉组成，各物料的比例如下：
石英砂粉与高岭土粉的重量比为1:0.7，骨粉、蓝晶石粉、填充粉、铝酸钙水泥、环氧树脂固化剂和速凝剂的重量分别为石英砂粉重量的40%、30%、15%、130%、3%和3%。
上述矿井用密封注浆料的制备方法包括以下步骤：
1）按照上述比例分别称取符合粒径要求的物料备用；
2）将称取好的石英砂粉、高岭土粉、蓝晶石粉和填充粉干混并搅拌均匀后在1500℃的条件下煅烧3h后冷却至常温，取出后粉碎至300-500μm得到烧结粉料，备用；
3）将称取好的骨粉加入到步骤2）制得的烧结粉料中，混合均匀在800℃的条件下煅烧2h，自然冷却至常温后粉碎至300-400μm得到复合粉料，备用；
4）按照施工所需取用步骤3）的复合粉料送入搅拌机，然后按照权利要求1所述的比例向其中铝酸钙水泥、环氧树脂固化剂和速凝剂，开机搅拌3min使其混合均匀，备用；
5）使用前，向步骤4）所述的搅拌机内加入搅拌机内物料总重量2%的水，开机搅拌20分钟，即制得产品。
实施例2
一种矿井用密封注浆料，包括粒径为500-600μm的石英砂粉、粒径为450-550μm的高岭土粉、粒径为300-400μm的骨粉、粒径为300-400μm的蓝晶石粉、粒径为100-150μm的填充粉、铝酸钙水泥、环氧树脂固化剂和速凝剂，所述填充粉由重量比为1: 0.7：0.5的单质硅粉、微硅粉和氧化铝微粉组成，各物料的比例如下：
石英砂粉与高岭土粉的重量比为1: 0.9，骨粉、蓝晶石粉、填充粉、铝酸钙水泥、环氧树脂固化剂和速凝剂的重量分别为石英砂粉重量的60%、50%、20%、150%、5%和7%。
上述矿井用密封注浆料的制备方法包括以下步骤：
1）按照上述比例分别称取符合粒径要求的物料备用；
2）将称取好的石英砂粉、高岭土粉、蓝晶石粉和填充粉干混并搅拌均匀后在1600℃的条件下煅烧2h后冷却至常温，取出后粉碎至300-500μm得到烧结粉料，备用；
3）将称取好的骨粉加入到步骤2）制得的烧结粉料中，混合均匀在1000℃的条件下煅烧1h，自然冷却至常温后粉碎至300-400μm得到复合粉料，备用；
4）按照施工所需取用步骤3）的复合粉料送入搅拌机，然后按照权利要求1所述的比例向其中铝酸钙水泥、环氧树脂固化剂和速凝剂，开机搅拌3-5min使其混合均匀，备用；
5）使用前，向步骤4）所述的搅拌机内加入搅拌机内物料总重量4%的水，开机搅拌10分钟，即制得产品。
实施例3
一种矿井用密封注浆料，包括粒径为500-600μm的石英砂粉、粒径为450-550μm的高岭土粉、粒径为300-400μm的骨粉、粒径为300-400μm的蓝晶石粉、粒径为100-150μm的填充粉、铝酸钙水泥、环氧树脂固化剂和速凝剂，所述填充粉由重量比为1:0.6:0.4的单质硅粉、微硅粉和氧化铝微粉组成，各物料的比例如下：
石英砂粉与高岭土粉的重量比为1:0.8，骨粉、蓝晶石粉、填充粉、铝酸钙水泥、环氧树脂固化剂和速凝剂的重量分别为石英砂粉重量的50%、40%、17%、140%、4%和5%。
上述矿井用密封注浆料的制备方法包括以下步骤：
1）按照上述比例分别称取符合粒径要求的物料备用；
2）将称取好的石英砂粉、高岭土粉、蓝晶石粉和填充粉干混并搅拌均匀后在1550℃的条件下煅烧2.5h后冷却至常温，取出后粉碎至300-500μm得到烧结粉料，备用；
3）将称取好的骨粉加入到步骤2）制得的烧结粉料中，混合均匀在900℃的条件下煅烧1.5h，自然冷却至常温后粉碎至300-400μm得到复合粉料，备用；
4）按照施工所需取用步骤3）的复合粉料送入搅拌机，然后按照权利要求1所述的比例向其中铝酸钙水泥、环氧树脂固化剂和速凝剂，开机搅拌4min使其混合均匀，备用；
5）使用前，向步骤4）所述的搅拌机内加入搅拌机内物料总重量3%的水，开机搅拌15分钟，即制得产品。
实施例4
在制备含有聚丙烯腈纤维的密封注浆料时，只需要添加直径为18-48μm，长度为2-7mm，重量为石英砂粉重量3-5%的聚丙烯腈纤维即可，其制备工艺与上述未添加聚丙烯腈纤维的密封注浆料相同，只是在步骤4）中向复合粉料中加入铝酸钙水泥、环氧树脂固化剂和速凝剂时加入提前准备好的聚丙烯腈纤维，然后开机搅拌均匀即可，使用时加水拌和即制得产品。

Claims (5)

1.一种矿井用密封注浆料，其特征在于：包括粒径为500-600微米的石英砂粉、粒径为450-550微米的高岭土粉、粒径为300-400微米的骨粉、粒径为300-400微米的蓝晶石粉、粒径为100-150微米的填充粉、铝酸钙水泥、环氧树脂固化剂和速凝剂，所述填充粉由重量比为1:0.5 -0.7：0.3-0.5的单质硅粉、微硅粉和氧化铝微粉组成，各物料的比例如下：
石英砂粉与高岭土粉的重量比为1:0.7-0.9，骨粉、蓝晶石粉、填充粉、铝酸钙水泥、环氧树脂固化剂和速凝剂的重量分别为石英砂粉重量的40-60%、30-50%、15-20%、130-150%、3-5%和3-7%。
2.根据权利要求1所述的一种矿井用密封注浆料，其特征在于，其制备方法包括以下步骤：
1）按照权利要求1所述的比例分别称取符合粒径要求的物料备用；
2）将称取好的石英砂粉、高岭土粉、蓝晶石粉和填充粉干混并搅拌均匀后在1500-1600℃的条件下煅烧2-3h后冷却至常温，取出后粉碎至300-500微米得到烧结粉料，备用；
3）将称取好的骨粉加入到步骤2）制得的烧结粉料中，混合均匀在800-1000℃的条件下煅烧1-2h，自然冷却至常温后粉碎至300-400微米得到复合粉料，备用；
4）按照施工所需取用步骤3）的复合粉料送入搅拌机，然后按照权利要求1所述的比例向其中加入铝酸钙水泥、环氧树脂固化剂和速凝剂，开机搅拌3-5min使其混合均匀，备用；
5）使用前，向步骤4）所述的搅拌机内加入搅拌机内物料总重量2-4%的水，开机搅拌10－20分钟，即制得产品。
3.根据权利要求1所述的一种矿井用密封注浆料，其特征在于：还包括石英砂粉重量3-5%的聚丙烯腈纤维。
4.根据权利要求3所述的一种矿井用密封注浆料，其特征在于：所述聚丙烯腈纤维的直径为18-48微米，长度为2-7mm。
5.根据权利要求2所述的一种矿井用密封注浆料，其特征在于：所述步骤4）向复合粉料中加入铝酸钙水泥、环氧树脂固化剂和速凝剂时加入聚丙烯腈纤维。
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