CN112250395A - 一种破碎岩层巷道壁厚注浆材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种破碎岩层巷道壁厚注浆材料，该材料由下述质量百分比的原料制得：S95矿粉50%~80%，元明粉1%~10%，硫铝酸盐水泥熟料微粉5%~25%，硅酸盐水泥熟料微粉5%~20%，硅粉2%~10%，减水剂0.1%~0.5%。本发明还公开了该注浆材料的制备方法。本发明具有高流动性、早期强度高、凝结时间短等优点，能够很好地加固破碎岩层巷道围岩，有效控制因岩层破碎导致的巷道围岩大变形，并显著降低破碎岩层巷道的返修率。

Description

一种破碎岩层巷道壁厚注浆材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及煤矿地下开采技术领域，尤其涉及一种破碎岩层巷道壁厚注浆材料及其制备方法。
背景技术
在煤矿巷道掘进中，经常会遇到破碎岩层等不利地质条件，需要采用在巷道岩层中注浆的方法加固破碎岩层，提高岩层的稳定性，控制岩层的变形。以往采用的注浆大多数为为含AB两种材料的化学注浆材料，如专利CN 103739813 A中就阐述了一种用于加固易破碎煤岩层的注浆材料及其制备方法，该注浆材料存在如下缺点：①制备过程复杂，在制备过程中就发生反应，且反应温度高达95℃，危险性较大；②原料中含有反应型高分子化工材料，在固化反应中会释放大量的热，在煤矿中易引起煤层自燃，引发火灾，2020年国家煤监总局已明确发文，禁止化学反应剧烈、放热量大的高分子材料用于与煤直接接触的地点，充填密闭作业中禁止使用聚氨酯发泡材料《煤矿井下反应型高分子材料安全管理办法》；③贮存条件苛刻，难以使用井下复杂的环境。
因此，现有的注浆材料无法满足破碎岩层巷道的有效加固和安全使用，且成本较高，亟需一种新的无机注浆材料来替代。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种成本低、早期强度高的破碎岩层巷道壁厚注浆材料。
本发明所要解决的另一个技术问题是提供该破碎岩层巷道壁厚注浆材料的制备方法。
为解决上述问题，本发明所述的一种破碎岩层巷道壁厚注浆材料，其特征在于：该材料由下述质量百分比的原料制得：S95矿粉50%~80%，元明粉1%~10%，硫铝酸盐水泥熟料微粉5%~25%，硅酸盐水泥熟料微粉5%~20%，硅粉2%~10%，减水剂0.1%~0.5%。
所述S95矿粉的比表面积不低于420 m2/kg。
所述硅粉细度小于1μm的质量不小于80%。
所述硅酸盐水泥熟料和所述硫铝酸盐水泥熟料经粉磨处理后形成粉体材料，其比表面积均不低于380 m2/kg。
所述减水剂是指普通减水剂。
如上所述的一种破碎岩层巷道壁厚注浆材料的制备方法，其特征在于：先按配比称重，然后将S95矿粉、硅粉、硫铝酸盐水泥熟料微粉、硅酸盐水泥熟料微粉在混料设备内混合均匀，再依次加入元明粉、减水剂，混合均匀，最后烘干至含水率低于2%后经粉磨至综合比表面积不低于400 m2/kg即得。
本发明与现有技术相比具有以下优点：
1、早期强度高：
由于本发明采用了硫铝酸盐水泥熟料和元明粉，同时，通过机械粉磨，进一步激发了硫铝酸盐水泥熟料、硅酸盐水泥熟料的早期水化反应活性，因此，有效提高了材料的早期强度。
2、对破碎岩层固化效果好：
本发明通过球磨粉磨处理，使得注浆材料的综合比表面积不低于400 m2/kg，且注浆材料粉体颗粒粒径同比水泥颗粒粒径更小，能够有效填充破碎岩层裂隙，固化后产生的高强度固结体能够有效粘结破碎岩层裂隙。
3、本发明具有高流动性、早期强度高、凝结时间短等优点，能够很好地加固破碎岩层巷道围岩，有效控制因岩层破碎导致的巷道围岩大变形，并显著降低破碎岩层巷道的返修率。
4、本发明采用市面上容易获得且价格低廉的原料，极大地降低了成本。同时，在制备过程中物料均不发生反应，保证了制备过程中的安全。
5、本发明均为无机材料，不含挥发性溶剂、不产生任何有毒有害气体，符合国家煤监总局《煤矿井下反应型高分子材料安全管理办法》中关于在煤矿井下煤岩体加固、充填密闭、快速堵水、防堵漏风中对于材料的要求。
6、本发明注浆材料在现场使用时，其固化过程中的水化反应均是在常温下进行。
7、本发明制备简便，所得材料性能稳定、注浆效果好。
具体实施方式
实施例1 一种破碎岩层巷道壁厚注浆材料，该材料由下述质量百分比的原料制得：S95矿粉65%，元明粉5%，硫铝酸盐水泥熟料微粉15%，硅酸盐水泥熟料微粉5%，硅粉9.8%，减水剂0.2%。
其制备方法：先按配比称重，然后将S95矿粉、硅粉、硫铝酸盐水泥熟料微粉、硅酸盐水泥熟料微粉在混料设备内混合均匀，再依次加入元明粉、减水剂，混合均匀，最后烘干至含水率为1.2%后经粉磨至综合比表面积不低于400 m2/kg即得。
实施例2 一种破碎岩层巷道壁厚注浆材料，该材料由下述质量百分比的原料制得：S95矿粉70%，元明粉2%，硫铝酸盐水泥熟料微粉8%，硅酸盐水泥熟料微粉13%，硅粉6.7%，减水剂0.3%。
其制备方法：先按配比称重，然后将S95矿粉、硅粉、硫铝酸盐水泥熟料微粉、硅酸盐水泥熟料微粉在混料设备内混合均匀，再依次加入元明粉、减水剂，混合均匀，最后烘干至含水率低于2%后经粉磨至综合比表面积不低于400 m2/kg即得。
实施例3 一种破碎岩层巷道壁厚注浆材料，该材料由下述质量百分比的原料制得：S95矿粉58%，元明粉3%，硫铝酸盐水泥熟料微粉16%，硅酸盐水泥熟料微粉15%，硅粉7.8%，减水剂0.2%。
其制备方法同实施例2。
实施例4 一种破碎岩层巷道壁厚注浆材料，该材料由下述质量百分比的原料制得：S95矿粉80%，元明粉3%，硫铝酸盐水泥熟料微粉5%，硅酸盐水泥熟料微粉7%，硅粉4.8%，减水剂0.2%。
其制备方法同实施例2。
实施例5 一种破碎岩层巷道壁厚注浆材料，该材料由下述质量百分比的原料制得：S95矿粉68%，元明粉8%，硫铝酸盐水泥熟料微粉5%，硅酸盐水泥熟料微粉15%，硅粉3.8%，减水剂0.2%。
其制备方法同实施例2。
实施例6 一种破碎岩层巷道壁厚注浆材料，该材料由下述质量百分比的原料制得：S95矿粉50%，元明粉10%，硫铝酸盐水泥熟料微粉9.9%，硅酸盐水泥熟料微粉20%，硅粉10%，减水剂0.1%。
其制备方法同实施例2。
实施例7 一种破碎岩层巷道壁厚注浆材料，该材料由下述质量百分比的原料制得：S95矿粉60%，元明粉1%，硫铝酸盐水泥熟料微粉25%，硅酸盐水泥熟料微粉11.5%，硅粉2%，减水剂0.5%。
其制备方法同实施例2。
上述实施例1~7中，S95矿粉的比表面积不低于420 m2/kg。
硅粉细度小于1μm的质量不小于80%。
硅酸盐水泥熟料和硫铝酸盐水泥熟料经粉磨处理后形成粉体材料，其比表面积均不低于380 m2/kg。
减水剂是指普通减水剂。
上述实施例1~7使用方法：根据岩层的破碎程度，调整注浆材料的水灰比，当巷道岩层及其破碎时，水灰比可降低至0.45，当巷道岩层破碎程度较小时，可增大水灰比至0.55，一般破碎采用推荐水灰比0.5。
按照0.45~0.55的水灰比在注浆材料中加水，搅拌均匀后，通过注浆钻孔或结合注浆锚索采用气动注浆泵注入破碎岩层中，其扩散半径可达2~3m。浆液在注浆压力的作用下在破碎岩层内进行扩散，填充破碎岩层之间的裂隙，固化后产生的高强度固结体可以有效粘结破碎岩层，起到改善巷道围岩岩体条件和控制变形的目的。气动注浆泵的最大注浆压力不低于6MPa。
28d固化后无体积收缩，解决了传统水泥注浆材料因体积收缩而无法起到填充破碎岩层裂隙的问题。
以实施例1所得注浆材料为例：注浆区域的巷道岩层及其破碎，因此选取的水灰比为0.45。将制备好的破碎岩层巷道壁厚注浆材料按照0.45的水灰比加入水后，通过搅拌设备均匀后，通过注浆钻孔注入破碎岩层中。注浆钻孔孔径32mm，深度4m，沿巷道长度方向，在巷道两帮处每个20m布置一个注浆钻孔。
对配制好的注浆料进行取样，测定注浆料的凝结时间、流动度和强度指标，并与同条件下的425普通硅酸盐水泥进行对比，结果如表1：
表1
Figure DEST_PATH_IMAGE001
对采用本发明的注浆料注浆后的区域与未采用本发明注浆料注浆的区域巷道围岩的变形进行连续监测，监测结果表明，注浆后的区域两帮的变形量为100mm以内，巷道不用返修。未采用本发明注浆料注浆的区域巷道两帮变形非常大，超过500mm，部分区域出现了垮塌。由此可见，本发明所述的注浆材料极大地改善了破碎岩层的巷道的支护效果。

Claims (6)

1.一种破碎岩层巷道壁厚注浆材料，其特征在于：该材料由下述质量百分比的原料制得：S95矿粉50%~80%，元明粉1%~10%，硫铝酸盐水泥熟料微粉5%~25%，硅酸盐水泥熟料微粉5%~20%，硅粉2%~10%，减水剂0.1%~0.5%。
2.如权利要求1所述的一种破碎岩层巷道壁厚注浆材料，其特征在于：所述S95矿粉的比表面积不低于420 m2/kg。
3.如权利要求1所述的一种破碎岩层巷道壁厚注浆材料，其特征在于：所述硅粉细度小于1μm的质量不小于80%。
4.如权利要求1所述的一种破碎岩层巷道壁厚注浆材料，其特征在于：所述硅酸盐水泥熟料和所述硫铝酸盐水泥熟料经粉磨处理后形成粉体材料，其比表面积均不低于380 m2/kg。
5.如权利要求1所述的一种破碎岩层巷道壁厚注浆材料，其特征在于：所述减水剂是指普通减水剂。
6.如权利要求1所述的一种破碎岩层巷道壁厚注浆材料的制备方法，其特征在于：先按配比称重，然后将S95矿粉、硅粉、硫铝酸盐水泥熟料微粉、硅酸盐水泥熟料微粉在混料设备内混合均匀，再依次加入元明粉、减水剂，混合均匀，最后烘干至含水率低于2%后经粉磨至综合比表面积不低于400 m2/kg即得。
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