CN112341118A - 一种用于加固含承压水的煤层开采底板注浆材料 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于加固含承压水的煤层开采底板注浆材料，其特征在于：该注浆材料由重量份为1：6的A组份和B组份混合而成。所述A组份由下述质量百分比的原料机械搅拌混合20分钟后制得：425硅酸盐水泥3%~8%，S95矿粉60%~80%，脱硫石膏5%~20%，水泥熟料5%~20%，膨胀剂0.1%~0.5%，元明粉1%~5%；所述B组分为粘土100%。本发明安全无污染、成本低、性能稳定，与目前遍使用的水泥粘土注浆材料和水泥注浆材料相比，具有固结后无收缩、凝结时间快、强度高、流动性好的特点。

Description

一种用于加固含承压水的煤层开采底板注浆材料
技术领域
本发明涉及注浆材料，尤其涉及一种用于加固含承压水的煤层开采底板注浆材料。
背景技术
底板突水是我国煤矿矿井水害的主要形式之一，尤其在华北煤田，底板突水导致的矿井水害问题十分突出，大部分矿井由于受底板承压水威胁导致煤炭资源开采受限。底板注浆加固技术是解决底板突水问题的有效措施和手段。在底板注浆加固技术中，注浆材料是影响注浆效果的关键因素。
目前，普遍采用的注浆材料为水泥粘土浆液，水泥粘土比例为1：3；或是采用纯水泥浆液进行底板注浆加固。但上述两种注浆材料存在注浆液易沉淀析水、流动性差的缺点，在地下水流速较大的条件下注浆时，浆液易受水的冲刷和稀释，凝结后结石易发生收缩。并且由于水泥颗粒直径较大，注入微细裂隙能力有限，对于细小裂缝的充填效果不佳，且随着水泥价格的上涨和国家环保要求日益严格，注浆成本较高。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种安全无污染、成本低、性能稳定的用于加固含承压水的煤层开采底板注浆材料。
为解决上述问题，本发明所述的一种用于加固含承压水的煤层开采底板注浆材料，其特征在于：该注浆材料由重量份为1：6的A组份和B组份混合而成；所述A组份由下述质量百分比的原料机械搅拌混合20分钟后制得：425硅酸盐水泥3%~8%，S95矿粉60%~80%，脱硫石膏5%~20%，水泥熟料5%~20%，膨胀剂0.1%~0.5%，元明粉1%~5%；所述B组分为粘土100%。
所述水泥熟料的比表面积大于300m2/kg。
如上所述的一种用于加固含承压水的煤层开采底板注浆材料的使用方法，其特征在于：按固液质量比为0.25，将该注浆材料与水混合制备成比重为1.12~1.18g/cm3之间的注浆液，通过输浆管输送至井下注浆孔内，使其到达含水层固化后，即可。
本发明与现有技术相比具有以下优点：
1、本发明均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。
2、本发明原料均为无机材料，不含挥发性溶剂、不产生任何有毒有害气体，安全无污染。
3、本发明仅需将各原料进行混合即可制得，整个制备过程中物料均不发生反应，不但操作简便，而且保证了制备过程中的安全。
4、本发明中的A组份的综合制造成本低于水泥成本，所得注浆材料与目前遍使用的水泥粘土注浆材料和水泥注浆材料相比，具有固结后无收缩、凝结时间快、强度高、流动性好的特点。
具体实施方式
实施例1 一种用于加固含承压水的煤层开采底板注浆材料，该注浆材料由100kgA组份和600 kg B组份混合而成。
其中：A组份由下述质量百分比的原料机械搅拌混合20分钟后制得：425硅酸盐水泥5.5%，S95矿粉78%，脱硫石膏10%，水泥熟料5.3%，膨胀剂0.2%，元明粉1%。
在河南焦作古汉山煤矿井下工作面底板进行注浆加固试验。水泥粘土浆液和本发明的注浆材料制备的浆液，其固液比均为0.25；水泥粘土浆液中，水泥粘土比例为1：3，本发明的注浆材料中，A组份与B组粘土的比例为1：6。
通过地表制浆系统进行造浆，首先通过高位水箱在B组分中加入总需求水量的50%，通过射流制浆，浆液进入粗浆池进行沉淀、振动除砂后进入精浆池。通过泥浆泵将浆液和A组份混合，此时并加入剩余总需求水量的50%进行充分混合，通过射流制浆进入注浆池，再通过注浆泵将注浆池内的注浆液通过输浆管输送至井下注浆孔内，通过注浆孔达到含水层。
对进入注浆池的注浆液进行取样，对浆液的凝结时间和强度进行测试，并与普遍采用的水泥粘土注浆液进行对比，结果如表1：
表1
Figure 153744DEST_PATH_IMAGE002
由表1可以看出，在A 组份材料比水泥用量降低一半的情况下，注浆液的各项技术指标均优于水泥粘土浆液。（凝结时间越短越好，强度越高越好，流动度越大越好。）
对采用本发明的底板注浆加固材料注浆后的区域与未采用本发明注浆料注浆的区域的底板涌水量进行监测，监测结果表明，注浆后的区域底板涌水量降低了85%，极大地降低了煤层工作面底板突水的风险。
由于实现了减量化使用，本发明所述的底板注浆加固材料，综合比较下来，相对于水泥粘土注浆液，可节约注浆14.5%的材料成本。
实施例2 一种用于加固含承压水的煤层开采底板注浆材料，该注浆材料由100kgA组份和600 kg B组份混合而成。
其中：A组份由下述质量百分比的原料机械搅拌混合20分钟后制得：425硅酸盐水泥3%，S95矿粉65%，脱硫石膏20%，水泥熟料9.8%，膨胀剂0.2%，元明粉2%。
在河南焦作九里山煤矿井下工作面底板进行注浆加固试验。水泥粘土浆液和本发明的注浆材料制备的浆液，其固液比均为0.25；水泥粘土浆液中，水泥粘土比例为1：3，本发明的注浆材料中，A组份与B组粘土的比例为1：6。
通过地表制浆系统进行造浆，首先通过高位水箱在B组分中加入总需求水量的50%，通过射流制浆，浆液进入粗浆池进行沉淀、振动除砂后进入精浆池。通过泥浆泵将浆液和A组份混合，此时并加入剩余总需求水量的50%进行充分混合，通过射流制浆进入注浆池，再通过注浆泵将注浆池内的注浆液通过输浆管输送至井下注浆孔内，通过注浆孔达到含水层。
对进入注浆池的注浆液进行取样，对浆液的凝结时间和强度进行测试，并与普遍采用的水泥粘土注浆液进行对比，结果如表2：
表2
Figure 133201DEST_PATH_IMAGE004
由表2可以看出，在A 组份材料比水泥用量降低一半的情况下，注浆液的各项技术指标均优于水泥粘土浆液。（凝结时间越短越好，强度越高越好，流动度越大越好。）
对采用本发明的底板注浆加固材料注浆后的区域与未采用本发明注浆料注浆的区域的底板涌水量进行监测，监测结果表明，注浆后的区域底板涌水量降低了92%，极大地降低了煤层工作面底板突水的风险。
由于实现了减量化使用，本发明所述的底板注浆加固材料，综合比较下来，相对于水泥粘土注浆液，可节约注浆15.2%的材料成本。
实施例3 一种用于加固含承压水的煤层开采底板注浆材料，该注浆材料由100kgA组份和600 kg B组份混合而成。
其中：A组份由下述质量百分比的原料机械搅拌混合20分钟后制得：425硅酸盐水泥7%，S95矿粉73%，脱硫石膏12%，水泥熟料6.8%，膨胀剂0.2%，元明粉1%。
实施例4 一种用于加固含承压水的煤层开采底板注浆材料，该注浆材料由100kgA组份和600 kg B组份混合而成。
其中：A组份由下述质量百分比的原料机械搅拌混合20分钟后制得：425硅酸盐水泥6%，S95矿粉79%，脱硫石膏8%，水泥熟料5.3%，膨胀剂0.2%，元明粉1.5%。
实施例5 一种用于加固含承压水的煤层开采底板注浆材料，该注浆材料由100kgA组份和600 kg B组份混合而成。
其中：A组份由下述质量百分比的原料机械搅拌混合20分钟后制得：425硅酸盐水泥4.5%，S95矿粉62.5%，脱硫石膏16%，水泥熟料13.7%，膨胀剂0.3%，元明粉3%。
实施例6 一种用于加固含承压水的煤层开采底板注浆材料，该注浆材料由100kgA组份和600 kg B组份混合而成。
A组份由下述质量百分比的原料机械搅拌混合20分钟后制得：425硅酸盐水泥8%，S95矿粉60%，脱硫石膏6.5%，水泥熟料20%，膨胀剂0.5%，元明粉5%。
实施例7 一种用于加固含承压水的煤层开采底板注浆材料，该注浆材料由100kgA组份和600 kg B组份混合而成。
A组份由下述质量百分比的原料机械搅拌混合20分钟后制得：425硅酸盐水泥8.9%，S95矿粉80%，脱硫石膏5%，水泥熟料5%，膨胀剂0.1%，元明粉1%。
上述实施例1~7中，水泥熟料的比表面积大于300m2/kg。
膨胀剂是指市售的水泥膨胀剂。
上述实施例1~7所得的注浆材料的使用方法：按固液质量比为0.25，将该注浆材料与水混合制备成比重为1.12~1.18g/cm3之间的注浆液，通过输浆管输送至井下注浆孔内，使其到达含水层固化后，即可。

Claims (3)

1.一种用于加固含承压水的煤层开采底板注浆材料，其特征在于：该注浆材料由重量份为1：6的A组份和B组份混合而成；所述A组份由下述质量百分比的原料机械搅拌混合20分钟后制得：425硅酸盐水泥3%~8%，S95矿粉60%~80%，脱硫石膏5%~20%，水泥熟料5%~20%，膨胀剂0.1%~0.5%，元明粉1%~5%；所述B组分为粘土100%。
2.如权利要求1所述的一种用于加固含承压水的煤层开采底板注浆材料，其特征在于：所述水泥熟料的比表面积大于300m2/kg。
3.如权利要求1所述的一种用于加固含承压水的煤层开采底板注浆材料的使用方法，其特征在于：按固液质量比为0.25，将该注浆材料与水混合制备成比重为1.12~1.18g/cm3之间的注浆液，通过输浆管输送至井下注浆孔内，使其到达含水层固化后，即可。
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