CN110903068A

CN110903068A - 煤层矿井堵水专用高性能水泥基注浆料

Info

Publication number: CN110903068A
Application number: CN201911295835.3A
Authority: CN
Inventors: 叶超
Original assignee: Hanyin Tianyuan Industrial Waste Technology Development Co Ltd; Xian Research Institute Co Ltd of CCTEG
Current assignee: Hanyin Tianyuan Industrial Waste Technology Development Co Ltd; Xian Research Institute Co Ltd of CCTEG
Priority date: 2019-12-16
Filing date: 2019-12-16
Publication date: 2020-03-24

Abstract

本发明公开了煤层矿井堵水专用高性能水泥基注浆料，注浆料包括主料和辅料，主料按重量百分比计包括水泥熟料70％‑95％和石膏5％‑30％，乙二醇为主料重量的0.1％‑0.2％，丙三醇为主料重量的0.1％‑0.5％，三乙醇胺为主料重量的0.02％‑0.2％，左旋酒石酸为主料重量的0.01％‑0.1％，氧化镁膨胀剂为主料重量的2％‑5％，葡萄糖酸钠为主料重量的0.1％‑0.5％，氨基磺酸盐高效减水剂为主料重量的0.2％‑0.8％，促凝剂为主料重量的2％‑8％。本发明无毒无害，使用条件广泛；超细，比表面积达到800m²/Kg以上，浆液可进入微小裂隙，达到注浆饱满；浆液流动度大，注浆流畅，不会造成堵管；在高压动水中不分散，可很好沉淀与基岩凝结为整体；凝结时间可调整，根据施工要求调整凝结时间，达到完美施工效果。

Description

煤层矿井堵水专用高性能水泥基注浆料

技术领域

本发明属于煤层注浆技术领域，具体涉及煤层矿井堵水专用高性能水泥基注浆料。

背景技术

煤矿水患常有发生，为了安全生产，煤层防水堵水工作显得格外重要。我国目前通常采用煤层注浆的方法防水堵水，就是将具有胶凝性的浆液或化学溶液，按照规定的配比或浓度，借用注浆设备或浆液自重对之施加压力，通过钻孔输送到受注层段中的一种施工技术。其实质是使浆液在受注层中渗透、扩散、充填，经过一定时间后凝固和硬化，从而达到加固受注层和抗渗防水的目的。常用注浆材料有：化学浆液、水泥单液浆、水泥-水玻璃双液浆、水泥-粘土混合浆。单就注浆防水来说，传统的注浆材料都存在不同程度的弊端。尤其在动水条件下注浆，均达不到理想效果。现有水泥-水玻璃注浆材料，因水泥颗粒较大，不能进入裂隙毛细孔道，注浆充盈度达不到要求。化学浆液价格昂贵，对使用环境要求较高(温度、湿度、气压)，在矿井下无法达到使用条件，所以达不到设计堵水防水要求。

发明内容

本发明的目的在于提供煤层矿井堵水专用高性能水泥基注浆料，以解决上述背景技术中所提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供以下技术方案：煤层矿井堵水专用高性能水泥基注浆料，其结构要点在于：注浆料包括主料和辅料，主料按重量百分比计包括水泥熟料70％-95％和石膏5％-30％，辅料包括乙二醇、丙三醇、三乙醇胺、左旋酒石酸、氧化镁膨胀剂、葡萄糖酸钠、氨基磺酸盐高效减水剂和促凝剂，乙二醇为主料重量的0.1％-0.2％，丙三醇为主料重量的0.1％-0.5％，三乙醇胺为主料重量的0.02％-0.2％，左旋酒石酸为主料重量的0.01％-0.1％，氧化镁膨胀剂为主料重量的2％-5％，葡萄糖酸钠为主料重量的0.1％-0.5％，氨基磺酸盐高效减水剂为主料重量的0.2％-0.8％，促凝剂为主料重量的2％-8％。

作为优选的，主料按重量百分比计包括水泥熟料95％和石膏5％。

作为优选的，乙二醇为主料重量的0.15％，丙三醇为主料重量的0.11％，三乙醇胺为主料重量的0.05％，左旋酒石酸为主料重量的0.02％，氧化镁膨胀剂为主料重量的3.5％，葡萄糖酸钠为主料重量的0.2％，氨基磺酸盐高效减水剂为主料重量的0.5％，促凝剂为主料重量的5％。

与现有技术相比，本发明无毒无害，使用条件广泛；超细，比表面积达到800m²/Kg以上，浆液可进入微小裂隙，达到注浆饱满；浆液流动度大，注浆流畅，不会造成堵管；在高压动水中不分散，可很好沉淀与基岩凝结为整体；凝结时间可调整，根据施工要求调整凝结时间，达到完美施工效果。

附图说明

图1为本发明的制备工艺流程图。

具体实施方式

为使本发明实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

本发明提供一种技术方案，煤层矿井堵水专用高性能水泥基注浆料，所述的注浆料包括主料和辅料，所述的主料按重量百分比计包括水泥熟料70％-95％和石膏5％-30％，所述的辅料包括乙二醇、丙三醇、三乙醇胺、左旋酒石酸、氧化镁膨胀剂、葡萄糖酸钠、氨基磺酸盐高效减水剂和促凝剂，乙二醇为主料重量的0.1％-0.2％，丙三醇为主料重量的0.1％-0.5％，三乙醇胺为主料重量的0.02％-0.2％，左旋酒石酸为主料重量的0.01％-0.1％，氧化镁膨胀剂为主料重量的2％-5％，葡萄糖酸钠为主料重量的0.1％-0.5％，氨基磺酸盐高效减水剂为主料重量的0.2％-0.8％，促凝剂为主料重量的2％-8％。

实施例1

主料按重量百分比计包括水泥熟料70％和石膏30％；

乙二醇为主料重量的0.1％，丙三醇为主料重量的0.1％，三乙醇胺为主料重量的0.02％，左旋酒石酸为主料重量的0.01％，氧化镁膨胀剂为主料重量的2％，葡萄糖酸钠为主料重量的0.1％，氨基磺酸盐高效减水剂为主料重量的0.2％，促凝剂为主料重量的2％。

请参阅图1，将水泥熟料、石膏、乙二醇和丙三醇加入至Ф2.4×8.5m闭路球磨机，得到400m²/Kg半成品；将400m²/Kg半成品、三乙醇胺和左旋酒石酸加入至Ф2.4×11m开路球磨机，得到800m²/Kg半成品；将800m²/Kg半成品、氧化镁膨胀剂、葡萄糖酸钠、氨基磺酸盐高效减水剂和促凝剂加入至Ф8m空气搅拌均化库，得到800m²/Kg成品，经智能包装机打包，汽车运输出库，完成注浆料的制备。

实施例2

主料按重量百分比计包括水泥熟料75％和石膏25％；

乙二醇为主料重量的0.13％，丙三醇为主料重量的0.14％，三乙醇胺为主料重量的0.1％，左旋酒石酸为主料重量的0.03％，氧化镁膨胀剂为主料重量的3％，葡萄糖酸钠为主料重量的0.3％，氨基磺酸盐高效减水剂为主料重量的0.4％，促凝剂为主料重量的4％。

制作工艺与实施例1相同，不再赘述。

实施例3

主料按重量百分比计包括水泥熟料80％和石膏20％；

乙二醇为主料重量的0.2％，丙三醇为主料重量的0.17％，三乙醇胺为主料重量的0.15％，左旋酒石酸为主料重量的0.05％，氧化镁膨胀剂为主料重量的4％，葡萄糖酸钠为主料重量的0.4％，氨基磺酸盐高效减水剂为主料重量的0.3％，促凝剂为主料重量的6％。

制作工艺与实施例1相同，不再赘述。

实施例4

主料按重量百分比计包括水泥熟料85％和石膏15％；

乙二醇为主料重量的0.2％，丙三醇为主料重量的0.5％，三乙醇胺为主料重量的0.2％，左旋酒石酸为主料重量的0.1％，氧化镁膨胀剂为主料重量的5％，葡萄糖酸钠为主料重量的0.5％，氨基磺酸盐高效减水剂为主料重量的0.8％，促凝剂为主料重量的8％。

制作工艺与实施例1相同，不再赘述。

实施例5

主料按重量百分比计包括水泥熟料90％和石膏10％；

乙二醇为主料重量的0.17％，丙三醇为主料重量的0.4％，三乙醇胺为主料重量的0.18％，左旋酒石酸为主料重量的0.09％，氧化镁膨胀剂为主料重量的4.5％，葡萄糖酸钠为主料重量的0.4％，氨基磺酸盐高效减水剂为主料重量的0.7％，促凝剂为主料重量的6％。

制作工艺与实施例1相同，不再赘述。

实施例6

主料按重量百分比计包括水泥熟料95％和石膏5％；

乙二醇为主料重量的0.15％，丙三醇为主料重量的0.11％，三乙醇胺为主料重量的0.05％，左旋酒石酸为主料重量的0.02％，氧化镁膨胀剂为主料重量的3.5％，葡萄糖酸钠为主料重量的0.2％，氨基磺酸盐高效减水剂为主料重量的0.5％，促凝剂为主料重量的5％。

制作工艺与实施例1相同，不再赘述。

施工工艺：

1、针对不同大小的缝隙空间.不同土壤地质环境，不同的注浆基础条件，不同的强度指标要求确定适宜的水灰比(通常高性能水泥基注浆料水灰比的范围为0.2～1.0)，用电动搅拌机进行搅拌，直至均匀，然后将浆体倒入注浆取料桶中；

2、将注浆机的输送管嘴部与事先固定于基础上的注浆嘴对接固定，接通注浆机电源，开启阀门进行注浆，并控制注浆压力在一定的范围内(通常在0.1MPa～0.8MPa范围内)。不同的基础条件，不同的水灰比，所需的注浆压力不同。注浆压力太大，可能形成劈裂注浆，无法均匀渗透。注浆压力太小，则无法渗透至细微空间；

3、待注浆完成后封闭注浆孔；

4、当注浆面积较大时，可采用分段注浆。

实施例1-6的各项指标性能如下表：

注浆料的产品性能如下表：

注：1、NF高性能水泥基注浆料的产品性能(20℃条件下测得)，可根据客户特殊需求定制NF高性能水泥基注浆料；

2、不同水灰比下的NF高性能水泥基注浆料的强度比同水泥一样，NF高性能水泥基注浆料的流动性、渗透性随水灰比的增大而增大，但凝结时间随水灰比的增大而延长，强度随着水灰比的增大而降低；

NF高性能水泥基注浆料执行规范：DL/T5148-2012《水工建筑物水泥灌浆施工技术规范》。

普通球磨机根本无法满足如此超细要求，通过磨内隔仓板篦缝改造、磨机仓长和级配调整，以及助磨剂(乙二醇0.15％、丙三醇0.11％)解除静电吸附等手段，使产品比表面积达到800m²/Kg以上。在解决注浆材料流动度方面，采用大量的表面活性物质(三乙醇胺0.05％、左旋酒石酸0.02％)，逐一试验，最终找到了最佳配比。普通无机非材料在遇水都会分散，要解决在高压动水中不分散问题，我们采用了各种胶材与注浆材料试配，选用了最佳材料(氧化镁膨胀剂3.5％、葡萄糖酸钠0.2％)。在解决凝结时间问题上，对比大量的胶凝材料，利用不同条件下各种胶凝材料凝结时间不同的特点，相互抑制、相互干扰，找到满足施工要求的可控凝结时间材料配比(氨基磺酸盐高效减水剂0.5％、促凝剂5％)。

注浆料的应用范围：

1、水利工程中大坝坝体及坝基裂缝灌浆；

2、复杂地层的流沙层固沙及淤泥质土层的固结；

3、公路、桥梁、机场跑道等地基下陷的补浆加固；

4、灌筑地下防水帷幕，截断渗透水源，整体抗渗堵漏；

5、加固和提高松软土及岩石的力学强度，修复砼结构和恢复其整体性；

6、纠正因地层不稳定引起不均匀沉降而导致的大坝和高层建筑物的开裂、倾斜；

7、各种地下建筑物开挖前的预处理以及地质钻探中复杂地层钻孔中的护孔固壁，止涌堵漏等工程。

实际应用案例：

2017年7月，榆林市巴拉素煤矿立井-480米遇水无法掘进，一度停产。煤碳科学研究总院西安研究院水文所承接本次堵水工程，经过勘探，动水压6兆帕。因水压过大，经专家论证后，采用注浆堵水施工方案。方案实施3个月，试用了国内不同性能的注浆料，耗资50余万元，均达不到设计堵水要求。经过论证总结，需要一种超细、高流动性、在高压动水中不分散、凝结时间可控的注浆材料，才能有效防水堵水。

将30吨本发明的矿井煤层堵水专用高性能水泥基注浆料运送至巴拉素煤矿做堵水试验，一注成功，达到堵水要求，堵水效果明显，实现了其他材料无法达到的效果。随着注浆试验的成功，巴拉素煤矿立井整个防水堵水注浆材料全部采用本发明中的注浆料，总量达到1600余吨。立井注浆完成后，达到预期目标，煤矿继续掘进。计划堵水费用5000万元，实际工程结束，花费不到3000万元。大大降低了堵水成本。

本发明无毒无害，使用条件广泛；超细，比表面积达到800m²/Kg以上，浆液可进入微小裂隙，达到注浆饱满；浆液流动度大，注浆流畅，不会造成堵管；在高压动水中不分散，可很好沉淀与基岩凝结为整体；凝结时间可调整，根据施工要求调整凝结时间，达到完美施工效果。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内，不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims

1.煤层矿井堵水专用高性能水泥基注浆料，其特征在于：所述的注浆料包括主料和辅料，所述的主料按重量百分比计包括水泥熟料70％-95％和石膏5％-30％，所述的辅料包括乙二醇、丙三醇、三乙醇胺、左旋酒石酸、氧化镁膨胀剂、葡萄糖酸钠、氨基磺酸盐高效减水剂和促凝剂，乙二醇为主料重量的0.1％-0.2％，丙三醇为主料重量的0.1％-0.5％，三乙醇胺为主料重量的0.02％-0.2％，左旋酒石酸为主料重量的0.01％-0.1％，氧化镁膨胀剂为主料重量的2％-5％，葡萄糖酸钠为主料重量的0.1％-0.5％，氨基磺酸盐高效减水剂为主料重量的0.2％-0.8％，促凝剂为主料重量的2％-8％。

2.根据权利要求1所述的煤层矿井堵水专用高性能水泥基注浆料，其特征在于：所述的主料按重量百分比计包括水泥熟料95％和石膏5％。

3.根据权利要求1所述的煤层矿井堵水专用高性能水泥基注浆料，其特征在于：所述的乙二醇为主料重量的0.15％，丙三醇为主料重量的0.11％，三乙醇胺为主料重量的0.05％，左旋酒石酸为主料重量的0.02％，氧化镁膨胀剂为主料重量的3.5％，葡萄糖酸钠为主料重量的0.2％，氨基磺酸盐高效减水剂为主料重量的0.5％，促凝剂为主料重量的5％。