CN107963841B - 一种膨胀性软岩巷道注浆材料 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种膨胀性软岩巷道注浆材料，该注浆材料由基体组分和外掺组分组成，基体组分包括超细水泥、粉煤灰、硅粉，外掺组分包括高效减水剂、粘土稳定剂，基体组分按质量百分比配比：超细水泥70‑80％、粉煤灰15‑20％、硅粉5‑10％，外掺组分按质量百分比配比：高效减水剂为基体组分总质量的1.0‑1.5％，粘土稳定剂为基体组分总质量的1.0‑3.0％。该注浆材料制成的浆液流动性和稳定性好、早后期强度高、抗渗性和耐久性好，能够抑制膨胀性软岩巷道注浆过程围岩吸水膨胀产生的变形，避免浆液注入引起的围岩裂隙闭合，应用后能显著提高膨胀性软岩巷道围岩裂隙的可注性和堵水加固性能。
Description
技术领域
本发明涉及地下工程安全技术领域，具体而言，涉及一种膨胀性软岩巷道注浆材料，该注浆材料主要用于软岩巷道等地下工程领域的注浆堵水加固，尤其适用于膨胀性软岩巷道的注浆堵水加固。
背景技术
随着煤炭开采深度的增加，软岩巷道的数量也在不断增加，我国许多煤矿都出现了不同程度的软岩灾害问题，膨胀性软岩巷道的支护问题尤其突出。这类软岩巷道围岩含有大量的膨胀性粘土矿物，当粘土矿物接触到水时，水可以进入矿物晶层之间，晶层表面的阳离子在水中解离扩散，粘土矿物结构单元带负电。粘土矿物颗粒晶层在同性电荷斥力作用下产生膨胀，导致这类软岩浸水后会产生较大的膨胀变形，造成巷道支护结构的变形破坏。
注浆技术作为一种有效的加固手段，直接作用于巷道围岩结构，从根本上改善围岩性质，提高围岩力学性能。而注浆材料是注浆施工过程中的关键因素，注浆之所以能够起到堵水和加固的作用，在于浆液在注浆过程中发生了由液相到固相的转变。虽然目前注浆材料种类繁多，但是对于膨胀性软岩巷道却没有合适的注浆材料。
由于膨胀性软岩巷道围岩具有遇水易膨胀、崩解的特点，普通水泥浆液对这种巷道的加固效果较差，甚至会加剧巷道破坏。这就要求注入膨胀性软岩巷道的浆液不仅要具有可注性强、稳定性好、结石体强度高、抗渗性好的特点，还要抑制软岩巷道在浆液注入过程中吸水膨胀变形，避免影响注浆加固堵水效果。
因此，为解决注浆过程中膨胀性软岩巷道遇水变软膨胀变形问题，亟需研发一种新型注浆材料，满足膨胀性软岩巷道围岩裂隙注浆加固堵水的要求。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供一种膨胀性软岩巷道注浆材料。
本发明所采用的技术解决方案是：
一种膨胀性软岩巷道注浆材料，其是由基体组分和外掺组分组成，基体组分包括超细水泥、粉煤灰和硅粉，外掺组分包括高效减水剂和粘土稳定剂；基体组分按质量百分比配比如下：超细水泥70-80％、粉煤灰15-20％、硅粉5-10％，外掺组分按质量百分比配比如下：高效减水剂为基体组分总质量的1.0-1.5％，粘土稳定剂为基体组分总质量的1.0-3.0％；所述粘土稳定剂为防膨缩膨剂BSA-105与氯化钠按质量比1:1复配而成。
上述膨胀性软岩巷道注浆材料使用时，将膨胀性软岩巷道注浆材料按照水料比0.8～1.0加入水，以质量份计，然后通过搅拌设备拌合均匀制成浆液，再进行高压注浆。
优选的，所述高效减水剂为聚羧酸系高性能减水剂，减水率大于25％。聚羧酸系高性能减水剂相比于萘系高效减水剂等其他种类，与基体组分配合效果更好，可有效提升注浆堵水加固效果。
优选的，超细水泥平均粒径为2μm，最大粒径小于20μm；粉煤灰为超细粉煤灰，平均粒径为3μm，最大粒径小于5μm；硅粉平均粒径0.5μm，最大粒径小于1μm。
本发明的有益技术效果是：
本发明以超细水泥为主体材料，通过添加其他不同性能材料，使其具有流动性和稳定性好、早后期强度高、抗渗性和耐久性好等特点，能够抑制膨胀性软岩巷道注浆过程围岩吸水膨胀引起的变形，避免浆液注入引起的围岩裂隙闭合，应用后能显著提高膨胀性软岩巷道围岩裂隙的可注性和加固堵水性能。
下面对本发明所涉及的原理性内容进行简单介绍：
本发明提供的膨胀性软岩巷道注浆材料，其粒径在几微米到几十微米之间，能够注入围岩微裂隙。注浆材料中的粘土稳定剂使浆液存在大量带阳离子基团的小分子聚合物，可以牢固吸附在多个粘土矿物晶层和微粒上，中和粘土矿物遇水表面产生的负电荷，从而减小它们之间的斥力，同时避免水分子从粘土矿物晶层间进入，这样便能防止粘土矿物水化膨胀；对于已经吸水膨胀的粘土矿物，粘土稳定剂所带的充足正电荷依靠其静电引力中和负电荷，过剩的正电荷使黏土颗粒中性反转，压缩双电层使晶层收缩减小了粘土晶层间距，使已经膨胀的粘土收缩。粘土稳定剂通过防膨缩膨剂BSA-105与氯化钠复配可以发挥二者的协同效应，解决注浆过程中浆液中水使膨胀性软岩吸水膨胀变形浆液难以持续注入的问题，同时粘土稳定剂在酸碱环境下均能保持高效的防膨缩膨率，耐冲刷能力较强，不会因为高压注浆破坏其防膨缩膨效果，与浆液有良好的匹配性。通过调控粘土稳定剂的掺量可以实现粘土矿物在浆液结石体中微膨胀弥补结石体的后期干缩。粉煤灰、硅粉、高效减水剂的掺混使用提高了浆液的流动性、稳定性、抗渗性及结石体强度。本发明针对膨胀性软岩巷道的注浆加固堵水效果显著，具有渗透性强、胶结效果好、结石体强度高、耐久性好的特点，加固后可以提高巷道围岩的自身强度和承载能力。
具体实施方式
为了更好地理解本发明的技术内容，下面通过具体实施例进行说明。
实施例1
一种膨胀性软岩巷道注浆材料，由基体组分和外掺组分组成，基体组分包括超细水泥、粉煤灰、硅粉，外掺组分包括高效减水剂和粘土稳定剂，基体组分按质量百分比配比：超细水泥75％、粉煤灰15％、硅粉10％，外掺组分按质量百分比配比：高效减水剂为基体组分总质量的1.0％，粘土稳定剂为基体组分总质量的1.0％。
超细水泥平均粒径为2μm，最大粒径小于20μm。
粉煤灰为超细粉煤灰，平均粒径为3μm，最大粒径小于5μm。
硅粉平均粒径0.5μm，最大粒径小于1μm。
高效减水剂为聚羧酸系高性能减水剂，减水率大于25％。
粘土稳定剂为防膨缩膨剂BSA-105与氯化钠按质量比1:1复配组成。
上述膨胀性软岩巷道注浆材料使用时，将膨胀性软岩巷道注浆材料按照水料比0.8加入水，通过搅拌设备拌合均匀制成浆液。
实施例2
一种膨胀性软岩巷道注浆材料，由基体组分和外掺组分组成，基体组分包括超细水泥、粉煤灰、硅粉，外掺组分包括高效减水剂和粘土稳定剂，基体组分按质量百分比配比：超细水泥70％、粉煤灰20％、硅粉10％，外掺组分按质量百分比配比：高效减水剂为基体组分总质量的1.2％，粘土稳定剂为基体组分总质量的2.0％。
超细水泥平均粒径为2μm，最大粒径小于20μm。
粉煤灰为超细粉煤灰，平均粒径为3μm，最大粒径小于5μm。
硅粉平均粒径0.5μm，最大粒径小于1μm。
高效减水剂为聚羧酸系高性能减水剂，减水率大于25％。
粘土稳定剂为防膨缩膨剂BSA-105与氯化钠按质量比1:1复配。
上述膨胀性软岩巷道注浆材料的使用方法为：将膨胀性软岩巷道注浆材料按照水料比0.9加入水，通过搅拌设备拌合均匀制成浆液。
实施例3
一种膨胀性软岩巷道注浆材料，由基体组分和外掺组分组成，基体组分包括超细水泥、粉煤灰、硅粉，外掺组分包括高效减水剂和粘土稳定剂，基体组分按质量百分比配比：超细水泥80％、粉煤灰15％、硅粉5％，外掺组分按质量百分比配比：高效减水剂为基体组分总质量的1.5％，粘土稳定剂为基体组分总质量的3.0％。
超细水泥平均粒径为2μm，最大粒径小于20μm。
粉煤灰为超细粉煤灰，平均粒径为3μm，最大粒径小于5μm。
硅粉平均粒径0.5μm，最大粒径小于1μm。
高效减水剂为聚羧酸系高性能减水剂，减水率大于25％。
粘土稳定剂为防膨缩膨剂BSA-105与氯化钠按质量比1:1复配。
上述膨胀性软岩巷道注浆材料的使用方法为：将膨胀性软岩巷道注浆材料按照水料比1.0加入水，通过搅拌设备拌合均匀制成浆液。
将上述实施例所得膨胀性软岩巷道注浆材料进行检测，具体如下：
1.凝结时间：按照GB/T 1346-2011测定方法测定上述注浆材料初凝时间、终凝时间；
2.抗压强度：将上述注浆材料制成40mm×40mm×160mm的棱柱体试件，按照GB/T17671-1999测定方法检测其3天、7天抗压强度。
结果如表1所示。
表1
当然，以上说明仅仅为本发明的较佳实施例，本发明并不限于列举的上述实施例，应当说明的是，任何熟悉本领域的技术人员在本说明书的指导下，所做出的所有等同替代、明显变形形式，均落在本说明书的实质范围之内，理应受到本发明的保护。
Claims (3)
1.一种膨胀性软岩巷道注浆材料，其特征在于，由基体组分和外掺组分组成，基体组分包括超细水泥、粉煤灰和硅粉，外掺组分包括高效减水剂和粘土稳定剂；基体组分按质量百分比配比如下：超细水泥70-80％、粉煤灰15-20％、硅粉5-10％，外掺组分按质量百分比配比如下：高效减水剂为基体组分总质量的1.0-1.5％，粘土稳定剂为基体组分总质量的1.0-3.0％；所述粘土稳定剂为防膨缩膨剂BSA-105与氯化钠按质量比1:1复配而成。
2.根据权利要求1所述的一种膨胀性软岩巷道注浆材料，其特征在于：使用时将膨胀性软岩巷道注浆材料按照水料比0.8～1.0加入水，以质量份计，然后通过搅拌设备拌合均匀制成浆液。
3.根据权利要求1所述的一种膨胀性软岩巷道注浆材料，其特征在于：所述高效减水剂为聚羧酸系高性能减水剂。
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| CN107963841A (zh) | 2018-04-27 |
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