CN109867492B

CN109867492B - 一种用于煤矿灌浆的注浆材料

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Publication number: CN109867492B
Application number: CN201910277361.3A
Authority: CN
Inventors: 袁磊飞; 吴彦朋; 宋锁勤; 郭优
Original assignee: Luoyang Tongdao Concrete New Material Research Institute Co ltd
Current assignee: LUOYANG TONGDAO CONCRETE NEW MATERIAL RESEARCH INSTITUTE Co.,Ltd.
Priority date: 2019-04-08
Filing date: 2019-04-08
Publication date: 2021-08-24
Anticipated expiration: 2039-04-08
Also published as: CN109867492A

Abstract

本发明涉及一种用于煤矿灌浆的注浆材料，按照重量含量包括：铝土尾矿干料84％～85％，水泥15～16％，固化稳定剂每立方总干料用0.8～1.2公斤，水按照制成的注浆材料比重为1.15‑1.18计量加入；固化稳定剂按照重量含量包括20％A材料、20％B材料和60％C材料，A材料是由聚醚分散于软水中制成液体，B材料是将硫酸锰、硫酸亚铁加入软水中制成液体；C材料为乙烯‑乙酸乙烯脂聚合物。本发明利用废弃的铝土尾矿取代黄土，不仅节约了堆放铝土尾矿的占地面积，废物利用，而且简化了注浆材料的制作工序，成本低，同时还延长了注浆材料在水中的悬浮时间，增强了固结强度，环保高效，既节省了生产成本又加快了施工进度。

Description

一种用于煤矿灌浆的注浆材料

技术领域

本发明涉及煤矿建设领域，具体是一种变废为宝注浆材料。

背景技术

目前我国煤矿注浆材料是用75％的黄土和25％的水泥为配比，先将黄土过筛去除土中杂草、树根、石块，然后加入水进行搅拌，继续过筛，再加入水泥进行搅拌，制成注浆材料，最后注入矿内，使其慢慢渗入矿内缝隙，通过固结防止和减少地下水和瓦斯的渗出。

这种传统的注浆材料存在很多缺点，主要是：1、浆料的悬浮时间太短，一个多小时就全部沉淀完毕，对细小缝隙无法渗透下去，只能在表面有一层薄薄的沉淀物，达不到预期的固结作用。2、乱挖泥土严重违反国家和环保政策，因而很多企业偷偷挖，偷偷运。3、泥土处理的二次筛选造成成本加大。由此可见，上述现有的注浆材料存在一定的缺陷，而亟待用新的材料加以进一步改进。因而如何能创设一种变废为宝新型的注浆材料，实属当前重要的研发课题，亦成为当前世界急需改进的目标。

发明内容

为克服上述问题，本发明提供一种变废为宝用于煤矿灌浆的注浆材料，该注浆材料利用废弃的铝土尾矿取代黄土，延长了注浆材料在水中的悬浮时间，增强了固结强度，环保高效，既节省了生产成本又加快了施工进度。

本发明的目的及解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。依据本发明提出的一种注浆材料，按照重量含量包括：铝土尾矿干料84％～85％，水泥15～16％，固化稳定剂每立方总干料用0.8～1.2公斤，水按照制成的注浆材料比重为1.15-1.18计量加入；所述的总干料包括铝土尾矿干料和水泥；

所述的固化稳定剂按照重量含量包括20％A材料、20％B材料和60％C材料，A材料是将聚醚分散于软水中制成液体，A材料中聚醚、软水的配比按照重量含量依次为：10％～12％、软水88％～90％；B材料是将硫酸锰、硫酸亚铁加入软水中制成液体，B材料中硫酸锰、硫酸亚铁、软水的配比按照重量含量依次为：1％～2％、3％～5％、96％～93％；所述C材料为乙烯-乙酸乙烯脂聚合物；所述的固化稳定剂是将A材料、B材料和C材料按照重量含量配比投入反应釜中在常温下混合而得。

本发明的目的及解决其技术问题还可采用以下技术方案进一步实现。

前述的注浆材料，可以用于煤矿灌浆。

进一步，用于灌浆的方法为：先将水注入拌合池，再加入固化稳定剂，固化稳定剂的用量为每立方总干料用0.8～1.2公斤，搅拌，然后按比例倒入铝土尾矿干料进行拌合；再按比例倒入水泥拌合；最后灌注；所述的总干料包括铝土尾矿干料和水泥。

本发明同时提供一种固化稳定剂，按照重量含量包括20％A材料、20％B材料和60％C材料，所述A材料是将聚醚分散于软水中制成液体，A材料中聚醚、软水的配比按照重量含量依次为：10％～12％、软水88％～90％；所述B材料是将硫酸锰、硫酸亚铁加入软水中制成液体，B材料中硫酸锰、硫酸亚铁、软水的配比按照重量含量依次为：1％～2％、3％～5％、96％～93％；所述C材料为乙烯-乙酸乙烯脂聚合物；

所述A材料、B材料和C材料按照重量含量配比投入反应釜中在常温下通过混合得到所述的固化稳定剂。

进一步，所述B材料是按照重量含量的配比将硫酸锰、硫酸亚铁、软水投料到反应釜中于40～60℃反应10-30min制成液体。

进一步，所述B材料是按照重量含量的配比将硫酸锰、硫酸亚铁、软水投料到反应釜中于40～60℃反应15min制成液体。

本发明的有益效果是：

(1)本发明所用的铝土尾矿中的氧化铝含量约是黄土的四倍，能与水泥水化后产生的Ca(OH)₂生成铝酸钙产生固结，增强注浆材料的固结强度。

(2)本发明所用的铝土尾矿是一种已经过研磨的超细材料，约400目，不仅可以延长在水中的悬浮时间，而且不需再进行过筛研磨等工序，节省了原材料开支和操作费用，可节省企业成本17％～20％左右，生产流程简单方便，可加快施工进度。

(3)本发明的注浆材料悬浮时间长，浆料沉淀时间由原来的2小时延长到32小时，加大了注浆深度，进一步增强固结强度，可提高对地下水和瓦斯的防护作用。经测试，本发明注浆材料的固结强度是原注浆材料固结强度的2.5～3倍。

(4)本发明的注浆材料符合环保要求，既利用了废弃物铝土尾矿，节约了堆放铝土尾矿的占地面积，又不产生二次污染，浸出液危害物毒性检测结果均符合要求，土工试验结果符合规范，可以投入使用，不仅变废为宝、保护了环境，而且提高了对地下水和瓦斯的防护作用，具有极大的社会意义。

(5)本发明同时提出一种固化稳定剂的配方及生产方法，该固化稳定剂进一步延长了注浆材料的悬浮时间，增强了固结强度，提高本发明注浆材料的使用效果，且生产工艺简单易操作，易于投入批量生产。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，详细说明如下。

附图说明

图1为本发明固化稳定剂的实物图。

具体实施方式

为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下进行具体说明。

本发明经七年对各种尾矿废料的试验和研究，提供一种变废为宝、主要用于煤矿灌浆的注浆材料，用铝土尾矿(铝土矿选矿石后的废料，亦称铝尾矿)代替黄土，配方为：铝土尾矿干料84％～85％，水泥15～16％，固化稳定剂按照每立方总干料用0.8～1.2公斤计量加入，水的加入量按照制成的注浆材料比重为1.15-1.18计量加入；所述的总干料是指铝土尾矿干料和水泥加在一起；

该注浆材料的灌浆方法为：将水按照计量加水量注入拌合池，再按照计量量加入固化稳定剂，搅拌，然后按前述比例倒入铝土尾矿干料进行拌合；再按前述比例倒入水泥拌合；最后灌注。所制得的注浆材料的比重为1.15-1.18。

本发明的注浆材料中所用的固化稳定剂是以高分子聚合物与表面活性剂为主的一种高新材料，主要作用是延长浆料的悬浮时间，加强沉淀物固结，增加固结强度，防止和减少地下水和瓦斯的渗出。固化稳定剂由乙烯-乙酸乙烯脂聚合物、聚醚、硫酸锰、硫酸亚铁、水组成，成品为奶白色液体状，如图1所示，其制备方法包括：

(1)先将聚醚分散于软水中使用分散设备和搅拌设备制成液体，简称A材料，A材料中聚醚、软水的配比按照重量含量依次为：10％～12％、软水88％～90％；

(2)将硫酸锰、硫酸亚铁、软水投料到反应釜中，于40～60℃下反应10-30min(优选15min)制成液体，简称B材料，B材料中硫酸锰、硫酸亚铁、软水的配比按照重量含量依次为：1％～2％、3％～5％、96％～93％；

(3)准备乙烯-乙酸乙烯脂聚合物，乙烯-乙酸乙烯脂聚合物为液体，无需加工，简称C材料；

(4)按照重量含量的配比将20％A材料、20％B材料和60％C材料投入反应釜中在常温下通过混合得到所述的固化稳定剂。

本发明所用的铝土尾矿的化学成分见表1：

表1.铝土尾矿的化学成分

	Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>	SiO<sub>2</sub>	Fe<sub>2</sub>O<sub>3</sub>	TiO<sub>2</sub>	CaO	MgO	K<sub>2</sub>O	Na<sub>2</sub>O	杂质
										重量含量/％	41.93	32.61	11.55	2.61	4.05	0.79	2.70	1.00	2.76

由表1可知，铝土尾矿中的氧化铝含量达到41.93％，约是黄土中氧化铝含量的4倍，能与水泥水化后产生的Ca(OH)₂生成铝酸钙产生固结。铝土尾矿是一种已经经过研磨的超细材料，约400目，不仅可以延长在水中的悬浮时间，而且不需再进行过筛研磨等工序，节省了原材料开支和操作费用，可节省企业成本17％～20％左右，生产流程简单方便，可以加快施工进度。

本发明的注浆材料悬浮时间长，沉淀时间由原来的2小时延长到32小时，从而加大了注浆深度。沉淀时间与原注浆材料沉淀时间对比的结果见表2，原注浆材料是指75％黄黏土加25％水泥用水拌合制成的注浆材料，本发明的注浆材料是指84-85％的铝土尾矿加15-16％水泥加固化稳定剂用水拌合制成的注浆材料。该沉淀时间试验是将两种注浆材料取同样体积加到两个一模一样带有刻度的烧杯或其它带刻度的计量容器中，记录放置相同时间后沉淀上表面达到的刻度。计量容器刻度从下到上依次增加，最上面刻度为100ml，原注浆材料和本发明的注浆材料均取100ml分别加到两个相同的计量容器中达到容器最上面刻度为100ml处，试验结果如下：

表2.本发明与原注浆材料的沉淀时间表

由表2可知，沉淀1小时后，原注浆材料沉淀上表面的刻度由最初的100ml降到40ml处，而本发明由最初的100ml降到99ml处，2小时后，原注浆材料沉淀的上表面刻度降到39ml处，而本发明降到96ml处，且2小时后，原注浆材料不再沉降，直至34小时后沉淀上表面刻度保持在39ml处，总沉降量为61ml；而本发明34小时沉降后沉淀上表面刻度保持在70ml处，总沉降量为30ml；充分说明本发明的注浆材料大大延长了浆料的沉淀时间，有助于增加浆料的固结强度，加强对地下水和瓦斯的防护作用。

经测试，本发明注浆材料的固结强度是原注浆材料固结强度的2.5～3倍。

本发明的注浆材料符合环保要求，既利用了废弃物，节约了堆放铝土尾矿的占地面积，又不产生二次污染，经某环保科技有限公司检测，其浸出液危害物检测结果如下：

(1)危险废物浸出毒性

送检样品：铝土尾矿基注浆材料

表3.检测标准方法及使用仪器

鉴别标准与检测结果：

表4.浸出液危害成分检测结果对比与分析

结论：该检测样品-铝土尾矿基注浆材料浸出液中任何一种危害成分含量均没有超过限制，该样品不是具有浸出毒性的危险废物。

(2)土工试验成果分析

送检样品：铝土尾矿

勘查单位：某勘察设计研究院有限公司工程试验中心。

标准规范：立井井筒底面预注黏土水泥浆技术规范.国家安全生产监督管理总局.2009-01-01

规范标准与结果：

表5.土工试验成果对比与分析

序号	项目	黏土规范标准	实验成果	是否符合规范
					1	塑性指数	不小于10	42.3	是
2	黏粒含量	不低于25％	41.7％	是
					3	含砂量	不大于5％	2％	是

结论：该送检样品符合黏土特性，可作为黏土替代添加材料使用。

(3)其它危害物检测

送检样品：铝土尾矿注浆材料，样品状态为灰色固体。

表6.检测标准方法及使用仪器

检测结果：

表7.检测结果对比与分析

通过以上检测分析结果可知，本发明的注浆材料没有二次污染，浸出液危害物检测结果均没有超标，符合环保要求，土工试验结果符合规范，可以投入使用。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims

1.一种用于煤矿灌浆的注浆材料，其特征在于按照重量含量包括：铝土尾矿干料84％～85％，水泥15～16％，固化稳定剂每立方总干料用0.8～1.2公斤，水按照制成的注浆材料比重为1.15-1.18计量加入；所述的总干料包括铝土尾矿干料和水泥；

所述的固化稳定剂按照重量含量包括20％A材料、20％B材料和60％C材料，A材料是将聚醚分散于软水中制成液体，A材料中聚醚、软水的配比按照重量含量依次为：聚醚10％～12％、软水88％～90％；B材料是将硫酸锰、硫酸亚铁加入软水中于40～60℃下混合15min制成液体，B材料中硫酸锰、硫酸亚铁、软水的配比按照重量含量依次为：1％～2％、3％～5％、96％～93％；所述C材料为乙烯-乙酸乙烯脂聚合物；所述的固化稳定剂是将A材料、B材料和C材料按照重量含量配比混合而得；该固化稳定剂主要用于延长浆料的悬浮时间；

所述注浆材料用于煤矿灌浆的方法为：先将水注入拌合池，再加入固化稳定剂，搅拌，然后按比例倒入铝土尾矿干料进行拌合；再按比例倒入水泥拌合；最后灌注。