CN112250383A - 一种高强度的无机矿用加固材料及其使用方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种高强度的无机矿用加固材料及其使用方法，按照质量份数计，包括如下组分：水泥50～90份；矿粉10～50份；减水剂0.1～3份；促凝剂0.1～5份；POSS 0.1～3份；水30～50份。本发明的加固材料具备高强度，解决了传统加固材料强度较低、易燃、易老化等问题。

Description

一种高强度的无机矿用加固材料及其使用方法
技术领域
本发明属于煤矿井下安全建筑材料领域，涉及一种高强度的无机矿用加固材料及其使用方法。
背景技术
随着矿物开采深度的增加和复杂地形的出现，矿井的矿压显现强烈、维护困难等问题逐渐增加。特别是因断层破碎带和不稳定地层引发的顶板冒、片帮等问题，不仅影响企业的生产效率，而且还严重威胁矿工的生命安全。矿用加固材料可以有效解决巷道顶板、工作面冒顶、松散煤岩体和煤岩体片帮等问题，有利于提高井下的安全生产。
目前，煤矿常用的加固材料主要为聚氨酯类加固材料。聚氨酯类注浆材料虽然具有渗透性强、固化速度可调、抗压、粘结强度高以及韧性好等优点，但其存在材料本身成本高、易燃、易老化、放热量大、强度低等方面的问题，其引发的安全生产事故很多。在一些煤矿，加固材料使用后几个小时甚至一两天后，会出现煤层自燃的情况，严重威胁了煤矿高效安全生产和井下施工人员的人身安全。
因此，采用新型加固材料，增加其阻燃性、高承压性等十分重要。
发明内容
针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种高强度的无机矿用加固材料及其使用方法，解决现有材料强度较低、易燃、易老化的问题。
本发明是通过以下技术方案来实现：
一种高强度的无机矿用加固材料，按照质量份数计，包括如下组分：
Figure BDA0002733596630000011
Figure BDA0002733596630000021
优选的，所述水泥为普通硅酸盐水泥、硫铝酸盐水泥和矿渣水泥的一种或几种的组合。
优选的，所述减水剂为萘系减水剂和聚羧酸减水剂中的一种或两种。
优选的，所述矿粉为钢厂高炉或转炉的水渣。
优选的，所述促凝剂为氯化钙、碳酸钠和氯化钠中的一种或两种。
所述的高强度的无机矿用加固材料的使用方法，将水泥、矿粉、减水剂、促凝剂和POSS混合均匀，得到粉料，将粉料加入水中，搅拌均匀得到浆液，通过注浆泵将浆液注入待加固区域。
与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：
本发明的加固材料，其中水泥浆液呈碱性，水泥中的活性组分在碱性条件下反应微膨胀，防止水泥注入煤层后倒缩；同时释放热量促进水泥的水化和硬化，从而提高了材料的早期强度。本发明还引入多面体低聚倍半硅氧烷(POSS)，POSS是一种具有笼状结构的有机/无机杂化材料，与蒙脱土、二氧化硅等传统的纳米材料不同，POSS具有规整的笼状结构，可提高材料的机械强度、阻燃性、抗氧化、抗老化等性能，对材料后期强度有显著提升作用。鉴于POSS的上述特性，本发明加入POSS可以显著降低加固材料的易燃性，增加承压性，且材料无毒无刺激性气味，具备高强度，解决了传统加固材料强度较低、易燃、易老化等问题，适用于煤矿、隧洞、水利水电、铁道、市政等工程巷道防开裂、防渗水等应用，材料目前已广泛应用于陕西、山西、贵州等各大矿区。本发明中所有组分原料方便易得，价格低廉，无毒、无污染，环保。
进一步的，采用的矿粉来源于固体废弃物，不仅解决了企业的固体废弃物的处置问题，而且变废为宝，真正实现了固体废弃物资源化，无害化的环保利用，同时也满足了材料绿色环保的要求。
具体实施方式
下面结合具体的实施例对本发明做进一步的详细说明，所述是对本发明的解释而不是限定。
本发明所述加固材料，按照质量份数计，包括如下组分：
Figure BDA0002733596630000031
将上述原料按质量百分比配料，混合均匀，即可获得高性能加固材料。
其中，所述的加固材料中水泥为普通硅酸盐水泥(OPC)、硫铝酸盐水泥(SAC)和矿渣水泥中的一种或几种的组合，其具体比例可根据凝结时间调整。
所述减水剂为萘系减水剂和聚羧酸减水剂中的一种或两种；
所述矿粉为钢厂高炉或转炉的水渣，为固体废弃物
所述促凝剂为氯化钙、碳酸钠和氯化钠中的一种或两种。
使用方法：将水泥、矿粉、减水剂、促凝剂和POSS混合均匀，得到粉料，将粉料加入水中，搅拌均匀成浆状，通过注浆泵将浆液注入至煤层片帮冒顶区域。
实施例1
将60份的水泥(OPC:SAC＝4:6)、40份的矿粉、1份萘系减水剂、1份氯化钙、1份POSS倒入搅拌器中搅拌混合5min，得到A组份(粉料)。称取30份水倒入搅拌仓中，开始慢速搅拌，同时慢慢加入A组份(粉料)，边加边搅，搅拌时间约2min，然后进行加固注浆。
实施例2
将70份的水泥(OPC:SAC＝5:5)、30份的矿粉、1份萘系减水剂、1份氯化钠、2份POSS倒入搅拌器中搅拌混合5min，得到A组份(粉料)。称取40份水倒入搅拌仓中，开始慢速搅拌，同时慢慢加入A组份(粉料)，边加边搅，搅拌时间约2min，然后进行加固注浆。
实施例3
将80份的水泥(OPC:SAC＝6:4)、20份的矿粉、1份聚羧酸减水剂、1份碳酸钠、3份POSS倒入搅拌器中搅拌混合5min，得到A组份(粉料)。称取40份水倒入搅拌仓中，开始慢速搅拌，同时慢慢加入A组份(粉料)，边加边搅，搅拌时间约2min，然后进行加固注浆。
实施例4
将90份的水泥(OPC:SAC＝4:6)、10份的矿粉、0.1份萘系减水剂、1份氯化钠、0.5份POSS倒入搅拌器中搅拌混合5min，得到A组份(粉料)。称取40份水倒入搅拌仓中，开始慢速搅拌，同时慢慢加入A组份(粉料)，边加边搅，搅拌时间约2min，然后进行加固注浆。
实施例5
将50份的水泥(OPC:SAC＝4:6)、50份的矿粉、0.1份聚羧酸减水剂、1份碳酸钠、0.1份POSS倒入搅拌器中搅拌混合5min，得到A组份(粉料)。称取40份水倒入搅拌仓中，开始慢速搅拌，同时慢慢加入A组份(粉料)，边加边搅，搅拌时间约2min，然后进行加固注浆。
对比例
将90份的水泥(OPC:SAC＝4:6)、10份的矿粉、0.1份萘系减水剂、1份氯化钠，倒入搅拌器中搅拌混合5min，得到A组份(粉料)。称取40份水倒入搅拌仓中，开始慢速搅拌，同时慢慢加入A组份(粉料)，边加边搅，搅拌时间约2min，然后进行加固注浆。
上述的实施例1-5中材料的性能指标如表1所列。
表1实施例1-5中材料的性能
序号 初凝时间/min 反应温度/℃ 流动度/mm 强度/MPa
实施例1 15 40 300 82
实施例2 12 39 280 91
实施例3 10 38 270 99
实施例4 9 40 260 77
实施例5 18 40 320 68
对比例 9 40 260 61
从表1可以看出，本发明制备的加固材料强度较高，相对于没有加POSS的对比例而言，强度均有提高。
本发明具有以下优点：
(1)本发明加固材料具有初凝时间快5-20min、渗透性好260mm-300mm、抗压强度高60-100Mpa等特点；(2)本发明加固材料适用于煤矿、隧道等地下工程以及巷道顶板、工作面冒顶、松散煤岩体和煤岩体片帮等问题；(3)本发明加固材料可根据使用环境和要求对其终凝时间、强度大小等进行调整，可满足复杂环境中的应用。
以上内容是结合具体的优选实施方法对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施方式仅限于此，对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单的推演或替换，都应当视为属于本发明由所提交的权利要求书确定专利保护范围。

Claims (6)

1.一种高强度的无机矿用加固材料，其特征在于，按照质量份数计，包括如下组分：
Figure FDA0002733596620000011
2.根据权利要求1所述的高强度的无机矿用加固材料，其特征在于，所述水泥为普通硅酸盐水泥、硫铝酸盐水泥和矿渣水泥的一种或几种的组合。
3.根据权利要求1所述的高强度的无机矿用加固材料，其特征在于，所述减水剂为萘系减水剂和聚羧酸减水剂中的一种或两种。
4.根据权利要求1所述的高强度的无机矿用加固材料，其特征在于，所述矿粉为钢厂高炉或转炉的水渣。
5.根据权利要求1所述的高强度的无机矿用加固材料，其特征在于，所述促凝剂为氯化钙、碳酸钠和氯化钠中的一种或两种。
6.权利要求1-5任一项所述的高强度的无机矿用加固材料的使用方法，其特征在于，将水泥、矿粉、减水剂、促凝剂和POSS混合均匀，得到粉料，将粉料加入水中，搅拌均匀得到浆液，通过注浆泵将浆液注入待加固区域。
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