CN106220098B - 一种井下矿用的速凝注浆封孔材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种井下矿用的速凝注浆封孔材料及其制备方法，其中注浆封孔材料的原料包括硅酸盐水泥、0.5‑3份粉煤灰、脱硫石膏、木节粘土、青碱石、玻化微珠、可再分散性乳胶粉、羟丙甲基纤维素、0.5‑2份滑石粉、氧化锌和铝粉膏组成。本发明所述的井下矿用的速凝注浆封孔材料及其制备方法，该种配比下的封孔材料具有快速凝固、耐热不易燃不易爆、料浆质地细腻、凝固后具有一定强度可以对裂隙起到部分支撑的作用、凝固后质量较轻同时价格低廉绿色环保等诸多优点，本发明在不需要对现有注浆系统进行改进的情况下，有效的利用工业废弃物、价格低廉的自然矿石，降低了成本，提高了注浆封孔材料的气密性，同时提高了封孔效率和安全性。
Description
技术领域
本发明涉及煤矿井下安全建筑材料领域，具体为一种井下矿用的速凝注浆封孔材料及其制备方法。
背景技术
瓦斯突出一直是威胁煤矿安全生产的一大灾害，提前对瓦斯进行抽采是有效治理瓦斯突出的中药手段之一。
目前常规的封孔方法主要有机械封孔法、套管封孔法、粘土封孔法、水泥砂浆封孔法、聚氨酯封孔法等等。其中，封孔材料的性能直接影响到封孔质量，而封孔质量决定了井下作业是否安全，因此意义重大。常用的封孔方法存在的弊端是高分子发泡材料不能填充钻孔周围的原始裂隙，在高分子材料发泡膨胀的过程中，封孔段钻孔始终处于开放的状态，发泡材料不能形成足够的膨胀力，不能将发泡高分子材料挤进封孔段的钻孔周围裂隙中，这些裂隙将成为初起漏气通道，存在极大的安全隐患，其次，高分子发泡材料的强度低且可压缩量较大，对钻孔起不到支护的作用，不能维护钻孔的稳定性。
聚氨酯等高分子材料因其价格昂贵，作为注浆的首选会提高生产成本，普通水泥因其固有的收缩性，容易造成钻孔漏气等现象，也不能作为注浆材料。
因此，急需一种水泥基的能够快速凝结、一定强度、耐高温且不燃的注浆封孔材料。
发明内容
为了解决上述问题，本发明的目的是提出一种井下矿用的速凝注浆封孔材料及其制备方法，通过调整封孔材料的成分，达到快速凝结，具有一定强度，对钻孔周围原始裂隙起到一定支护作用，同时又耐高温且不燃、造价成本相对高分子材料更为低廉的效果，用于煤矿井下钻孔封孔使用。
本发明为了解决上述问题所采取的技术方案为：
一种井下矿用的速凝注浆封孔材料，包括重量相等的注浆封孔干料和水，按照重量比，所述的注浆封孔干料由16-28份硅酸盐水泥、0.5-3份粉煤灰、0.5-3份脱硫石膏、2-5份木节粘土、1-3份青碱石、10-14份玻化微珠、0.05-0.2份可再分散性乳胶粉、0.02-0.08份羟丙甲基纤维素、0.5-2份滑石粉、0.2-1.4份氧化锌和0.002-0.005份铝粉膏组成。
所述的注浆封孔干料中还含有重量份数为0.2-1.5份的白长石。
所述的注浆封孔干料中还含有重量份数为0.05-0.15份的氯化钾。
所述的注浆封孔干料中还含有重量份数为0.005-0.02份的柠檬酸。
一种井下矿用的速凝注浆封孔材料的制备方法，所述的制备方法包括以下步骤：
步骤一、按重量份数分别称取注浆封孔干料各组分和水，备用；
步骤二、将硅酸盐水泥、粉煤灰、脱硫石膏、木节粘土、青碱石、白长石分别进行研磨至粒度为1mm，备用；
步骤三、取研磨后的木节粘土和青碱石进行混合得到混合物a，并加入混合物a4倍量的水并搅打30min，降温至8-10℃时，再向其中加入羟丙甲基纤维素、滑石粉、氧化锌和铝粉膏，机械搅拌均匀，得到料浆a，备用；
步骤四、取玻化微珠、可再分散性乳胶粉和柠檬酸进行混合得到混合物b，并加入混合物b2倍量的水在40℃下缓慢搅拌20min，得到料浆b，备用；
步骤五、在保温10℃的条件下，混合料浆a和料浆b并快速搅打，同时加入剩余的水，待搅拌均匀后震荡排气，得到料浆c，备用；
步骤六、向料浆c中加入硅酸盐水泥、粉煤灰、脱硫石膏、白长石、氯化钾，充分搅拌30-45min，所得料浆即为井下矿用的速凝注浆封孔材料。
本发明所述的井下矿用的速凝注浆封孔材料中，木节粘土、青碱石、滑石粉、氧化锌和铝粉膏与水的混合物组成了呈弱碱性的料浆a，其中，所述的木节粘土是一种可塑性优良的耐火粘土，由微细高岭石颗粒组成，间夹微粒石英。主要成分是Al2O3和SiO2，另外还含有较多的炭质腐殖质等。因其所含有机质与碱液作用能发生水解形成保护胶体，有助于泥浆成型性能改善，故在注浆封孔材料中添加此种粘土能够增加注浆的流动性以及在注浆的过程中其他成分不易分层，呈稳定的悬浊液存在，在注浆完成后还能辅助硅酸盐水泥促进注浆成型固定。所述的青碱石是一种碱性的焦宝石类石料，主要成分为Al2O3和SiO2，研磨后与水混合，体系成弱碱性，木节粘土在碱性体系中形成胶体，提高注浆的成型性能以流动性。所述的羟丙甲基纤维素为白色或者类白色的纤维状粉末，在10℃以下的水中膨胀成黏度较高的透明胶体溶液，配合木节粘土产生的胶质能够快速吸附在裂隙的壁上，缩短封堵时间，同时添加了铝粉膏，铝粉膏中的铝元素在碱性体系中能够反应生成氢气，在浆液中产生气泡，使得注浆体积膨胀，避免注浆后期固化时体积收缩而造成漏气的现象，而添加的滑石粉和氧化锌在辅助增加注浆强度和使得注浆更加细腻的同时，实现注浆所需要的耐热且不燃的特性。
所述的料浆b中含有玻化微珠、可再分散性乳胶粉和柠檬酸，成酸性体系，所述的玻化微珠是一种酸性玻璃质熔岩矿物质，内部多孔而表面玻化封闭，呈球状体细小颗粒，是一种具有高性能的新型无机轻质绝热材料，粒度为0.5-1.5mm之间，能耐1000-1200℃的高温；所述的可再生分散性乳胶粉是醋酸乙烯酯与碳酸乙烯酯的共聚物，经过喷雾干燥得到的改性乳液粉末，具有良好的可再分散性，与水接触时重新分散成乳液，在40℃的温度下，分散速率最快，并且其化学性能与初始乳液完全一致，而柠檬酸的添加一方面调节注浆的凝结时间，另一方面呈现酸性环境，使得可再分散性乳胶粉能够迅速分散成乳液，使得玻化微珠能够均匀的悬浮在料浆b中，因传统注浆封孔材料只对钻孔及钻孔裂隙进行填充而不能起到辅助支护的作用，在注浆中添加玻化微珠一方面由于其空心的结构能够起到隔热的作用，又因为其质量较轻，在增加强度的同时减轻了注浆凝固后的质量，避免造成注浆凝固后由于重力作用致使封孔位置下方出现新的裂隙。
所述的注浆封孔材料中含有的硅酸盐水泥能够控制注浆的凝结时间，当配比调整合适能够实现快速凝固的需求，封孔料浆中还含有粉煤灰，粉煤灰是指燃煤电厂在煤燃烧后的烟气中手机到的细小粉末，是燃煤电厂排出的主要固体废物，使用粉煤灰能在一定程度上降低注浆封孔材料的生产成本。
本发明的有益效果：
本发明所述的一种井下矿用的速凝注浆封孔材料及其制备方法，其中注浆封孔材料的配方中均使用的是无毒的无机或者有机物，该种配比下的封孔材料具有快速凝固、耐热不易燃不易爆、料浆质地细腻、凝固后具有一定强度可以对裂隙起到部分支撑的作用、凝固后质量较轻同时价格低廉绿色环保等诸多优点，且注浆封孔材料呈浆液状，能够适应现有的注浆泵或囊袋式封孔器的使用，本发明在不需要对现有注浆系统进行改进的情况下，有效的利用工业废弃物、价格低廉的自然矿石，降低了成本，提高了注浆封孔材料的气密性，同时提高了封孔效率和安全性。
具体实施方式
结合以下具体实施例，对本发明作进一步的详细说明，本发明的保护范围不局限于以下实施例。实施本发明的过程、条件、试剂、实验方法等，除以下专门提及的内容之外，均为本领域的普遍知识和公知常识，本发明没有特别限制内容。
实施例1
一种井下矿用的速凝注浆封孔材料，包括重量相等的注浆封孔干料和水，按照重量比，所述的注浆封孔干料由16份硅酸盐水泥、0.5份粉煤灰、0.5份脱硫石膏、2份木节粘土、1份青碱石、10份玻化微珠、0.05份可再分散性乳胶粉、0.02份羟丙甲基纤维素、0.5份滑石粉、0.2份氧化锌和0.002-0.005份铝粉膏组成。
所述的注浆封孔干料中还含有重量份数为0.2份的白长石。
所述的注浆封孔干料中还含有重量份数为0.05份的氯化钾。
所述的注浆封孔干料中还含有重量份数为0.005份的柠檬酸。
一种井下矿用的速凝注浆封孔材料的制备方法，所述的制备方法包括以下步骤：
步骤一、按重量份数分别称取注浆封孔干料各组分和水，备用；
步骤二、将硅酸盐水泥、粉煤灰、脱硫石膏、木节粘土、青碱石、白长石分别进行研磨至粒度为1mm，备用；
步骤三、取研磨后的木节粘土和青碱石进行混合得到混合物a，并加入混合物a4倍量的水并搅打30min，降温至8℃时，再向其中加入羟丙甲基纤维素、滑石粉、氧化锌和铝粉膏，机械搅拌均匀，得到料浆a，备用；
步骤四、取玻化微珠、可再分散性乳胶粉和柠檬酸进行混合得到混合物b，并加入混合物b2倍量的水在40℃下缓慢搅拌20min，得到料浆b，备用；
步骤五、在保温10℃的条件下，混合料浆a和料浆b并快速搅打，同时加入剩余的水，待搅拌均匀后震荡排气，得到料浆c，备用；
步骤六、向料浆c中加入硅酸盐水泥、粉煤灰、脱硫石膏、白长石、氯化钾，充分搅拌30min，所得料浆即为井下矿用的速凝注浆封孔材料。
实施例2
一种井下矿用的速凝注浆封孔材料，包括重量相等的注浆封孔干料和水，按照重量比，所述的注浆封孔干料由20份硅酸盐水泥、0.8份粉煤灰、1份脱硫石膏、3份木节粘土、1.5份青碱石、11份玻化微珠、0.08份可再分散性乳胶粉、0.03份羟丙甲基纤维素、0.8份滑石粉、0.6份氧化锌和0.003份铝粉膏组成。
所述的注浆封孔干料中还含有重量份数为0.6份的白长石。
所述的注浆封孔干料中还含有重量份数为0.08份的氯化钾。
所述的注浆封孔干料中还含有重量份数为0.008份的柠檬酸。
一种井下矿用的速凝注浆封孔材料的制备方法，所述的制备方法包括以下步骤：
步骤一、按重量份数分别称取注浆封孔干料各组分和水，备用；
步骤二、将硅酸盐水泥、粉煤灰、脱硫石膏、木节粘土、青碱石、白长石分别进行研磨至粒度为1mm，备用；
步骤三、取研磨后的木节粘土和青碱石进行混合得到混合物a，并加入混合物a4倍量的水并搅打30min，降温至9℃时，再向其中加入羟丙甲基纤维素、滑石粉、氧化锌和铝粉膏，机械搅拌均匀，得到料浆a，备用；
步骤四、取玻化微珠、可再分散性乳胶粉和柠檬酸进行混合得到混合物b，并加入混合物b2倍量的水在40℃下缓慢搅拌20min，得到料浆b，备用；
步骤五、在保温10℃的条件下，混合料浆a和料浆b并快速搅打，同时加入剩余的水，待搅拌均匀后震荡排气，得到料浆c，备用；
步骤六、向料浆c中加入硅酸盐水泥、粉煤灰、脱硫石膏、白长石、氯化钾，充分搅拌32min，所得料浆即为井下矿用的速凝注浆封孔材料。
实施例3
一种井下矿用的速凝注浆封孔材料，包括重量相等的注浆封孔干料和水，按照重量比，所述的注浆封孔干料由22份硅酸盐水泥、1.8份粉煤灰、1.8份脱硫石膏、3.5份木节粘土、2份青碱石、12份玻化微珠、0.13份可再分散性乳胶粉、0.05份羟丙甲基纤维素、1.2份滑石粉、0.8份氧化锌和0.0035份铝粉膏组成。
所述的注浆封孔干料中还含有重量份数为0.9份的白长石。
所述的注浆封孔干料中还含有重量份数为0.1份的氯化钾。
所述的注浆封孔干料中还含有重量份数为0.013份的柠檬酸。
一种井下矿用的速凝注浆封孔材料的制备方法，所述的制备方法包括以下步骤：
步骤一、按重量份数分别称取注浆封孔干料各组分和水，备用；
步骤二、将硅酸盐水泥、粉煤灰、脱硫石膏、木节粘土、青碱石、白长石分别进行研磨至粒度为1mm，备用；
步骤三、取研磨后的木节粘土和青碱石进行混合得到混合物a，并加入混合物a4倍量的水并搅打30min，降温至9℃时，再向其中加入羟丙甲基纤维素、滑石粉、氧化锌和铝粉膏，机械搅拌均匀，得到料浆a，备用；
步骤四、取玻化微珠、可再分散性乳胶粉和柠檬酸进行混合得到混合物b，并加入混合物b2倍量的水在40℃下缓慢搅拌20min，得到料浆b，备用；
步骤五、在保温10℃的条件下，混合料浆a和料浆b并快速搅打，同时加入剩余的水，待搅拌均匀后震荡排气，得到料浆c，备用；
步骤六、向料浆c中加入硅酸盐水泥、粉煤灰、脱硫石膏、白长石、氯化钾，充分搅拌37min，所得料浆即为井下矿用的速凝注浆封孔材料。
实施例4
一种井下矿用的速凝注浆封孔材料，包括重量相等的注浆封孔干料和水，按照重量比，所述的注浆封孔干料由24份硅酸盐水泥、2.5份粉煤灰、2.1份脱硫石膏、4.1份木节粘土、2.5份青碱石、13份玻化微珠、0.17份可再分散性乳胶粉、0.06份羟丙甲基纤维素、1.5份滑石粉、1.1份氧化锌和0.004份铝粉膏组成。
所述的注浆封孔干料中还含有重量份数为1.1份的白长石。
所述的注浆封孔干料中还含有重量份数为0.12份的氯化钾。
所述的注浆封孔干料中还含有重量份数为0.016份的柠檬酸。
一种井下矿用的速凝注浆封孔材料的制备方法，所述的制备方法包括以下步骤：
步骤一、按重量份数分别称取注浆封孔干料各组分和水，备用；
步骤二、将硅酸盐水泥、粉煤灰、脱硫石膏、木节粘土、青碱石、白长石分别进行研磨至粒度为1mm，备用；
步骤三、取研磨后的木节粘土和青碱石进行混合得到混合物a，并加入混合物a4倍量的水并搅打30min，降温至9℃时，再向其中加入羟丙甲基纤维素、滑石粉、氧化锌和铝粉膏，机械搅拌均匀，得到料浆a，备用；
步骤四、取玻化微珠、可再分散性乳胶粉和柠檬酸进行混合得到混合物b，并加入混合物b2倍量的水在40℃下缓慢搅拌20min，得到料浆b，备用；
步骤五、在保温10℃的条件下，混合料浆a和料浆b并快速搅打，同时加入剩余的水，待搅拌均匀后震荡排气，得到料浆c，备用；
步骤六、向料浆c中加入硅酸盐水泥、粉煤灰、脱硫石膏、白长石、氯化钾，充分搅拌41min，所得料浆即为井下矿用的速凝注浆封孔材料。
实施例5
一种井下矿用的速凝注浆封孔材料，包括重量相等的注浆封孔干料和水，按照重量比，所述的注浆封孔干料由28份硅酸盐水泥、3份粉煤灰、3份脱硫石膏、5份木节粘土、3份青碱石、14份玻化微珠、0.2份可再分散性乳胶粉、0.08份羟丙甲基纤维素、2份滑石粉、1.4份氧化锌和0.005份铝粉膏组成。
所述的注浆封孔干料中还含有重量份数为1.5份的白长石。
所述的注浆封孔干料中还含有重量份数为0.15份的氯化钾。
所述的注浆封孔干料中还含有重量份数为0.02份的柠檬酸。
一种井下矿用的速凝注浆封孔材料的制备方法，所述的制备方法包括以下步骤：
步骤一、按重量份数分别称取注浆封孔干料各组分和水，备用；
步骤二、将硅酸盐水泥、粉煤灰、脱硫石膏、木节粘土、青碱石、白长石分别进行研磨至粒度为1mm，备用；
步骤三、取研磨后的木节粘土和青碱石进行混合得到混合物a，并加入混合物a4倍量的水并搅打30min，降温至10℃时，再向其中加入羟丙甲基纤维素、滑石粉、氧化锌和铝粉膏，机械搅拌均匀，得到料浆a，备用；
步骤四、取玻化微珠、可再分散性乳胶粉和柠檬酸进行混合得到混合物b，并加入混合物b2倍量的水在40℃下缓慢搅拌20min，得到料浆b，备用；
步骤五、在保温10℃的条件下，混合料浆a和料浆b并快速搅打，同时加入剩余的水，待搅拌均匀后震荡排气，得到料浆c，备用；
步骤六、向料浆c中加入硅酸盐水泥、粉煤灰、脱硫石膏、白长石、氯化钾，充分搅拌45min，所得料浆即为井下矿用的速凝注浆封孔材料。
Claims (8)
1.一种井下矿用的速凝注浆封孔材料，包括重量相等的注浆封孔干料和水，其特征在于：按照重量比，所述的注浆封孔干料由16-28份硅酸盐水泥、0.5-3份粉煤灰、0.5-3份脱硫石膏、2-5份木节粘土、1-3份青碱石、10-14份玻化微珠、0.05-0.2份可再分散性乳胶粉、0.02-0.08份羟丙甲基纤维素、0.5-2份滑石粉、0.2-1.4份氧化锌和0.002-0.005份铝粉膏组成。
2.如权利要求1所述的一种井下矿用的速凝注浆封孔材料，其特征在于：所述的注浆封孔干料中还含有重量份数为0.2-1.5份的白长石。
3.如权利要求2所述的一种井下矿用的速凝注浆封孔材料，其特征在于：所述的注浆封孔干料中还含有重量份数为0.05-0.15份的氯化钾。
4.如权利要求3所述的一种井下矿用的速凝注浆封孔材料，其特征在于：所述的注浆封孔干料中还含有重量份数为0.005-0.02份的柠檬酸。
5.如权利要求4所述的一种井下矿用的速凝注浆封孔材料的制备方法，其特征在于：所述的制备方法包括以下步骤：
步骤一、按重量份数分别称取注浆封孔干料各组分和水，备用；
步骤二、将硅酸盐水泥、粉煤灰、脱硫石膏、木节粘土、青碱石、白长石分别进行研磨至粒度为1mm，备用；
步骤三、取研磨后的木节粘土和青碱石进行混合得到混合物a，并加入混合物a4倍量的水并搅打30min，再向其中依次加入羟丙甲基纤维素、滑石粉、氧化锌和铝粉膏，机械搅拌均匀，得到料浆a，备用；
步骤四、取玻化微珠、可再分散性乳胶粉和柠檬酸进行混合得到混合物b，并加入混合物b2倍量的水缓慢搅拌20min，得到料浆b，备用；
步骤五、混合料浆a和料浆b并快速搅打，同时加入剩余的水，待搅拌均匀后震荡排气，得到料浆c，备用；
步骤六、向料浆c中加入硅酸盐水泥、粉煤灰、脱硫石膏、白长石、氯化钾，充分搅拌30-45min，所得料浆即为井下矿用的速凝注浆封孔材料。
6.如权利要求5所述的一种井下矿用的速凝注浆封孔材料的制备方法，其特征在于：所述步骤三中加入羟丙甲基纤维素之前需要先将混合物a的温度降至8-10℃。
7.如权利要求5所述的一种井下矿用的速凝注浆封孔材料的制备方法，其特征在于：所述步骤四中在40℃的温度下，向混合物b中加入2倍量的水，缓慢搅拌20min，得到料浆b。
8.如权利要求5所述的一种井下矿用的速凝注浆封孔材料的制备方法，其特征在于：所述步骤五中在保温10℃的条件下，混合料浆a和料浆b并快速搅打，同时加入剩余的水，待搅拌均匀后震荡排气，得到料浆c。
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