一种矿用底板裂隙加固的固废绿色注浆材料及其制备方法

本发明属于矿井灾害防治领域，具体涉及一种矿用底板裂隙加固的固废绿色注浆材料及其制备方法。

背景技术：

1、目前，煤矿由于底板断裂而导致采动影响活化、扩展而导通底板承压水进而导致矿井突水、人员伤亡等灾害事故，严重影响煤矿生产安全。对于底板断裂注浆加固、改造承压含水层为隔水层，提高底板岩层隔水能力是保障底板承压水上安全开采的重要措施之一。

2、常见的注浆材料主要有普通水泥、水泥-水玻璃、水泥-黏土和高分子注浆材料，部分高分子注浆材料的价格昂贵，导致采矿企业的生产成本不断攀高；无机水泥注浆材料成本低、材料来源广泛，但是由于现有的水泥注浆材料其渗透性差、结石率低等缺点，难以满足施工要求。如公开号为cn1093351a的中国发明专利公开了一种无水泥注浆材料，其主要配料是粉煤灰、粘土、消石灰、硅酸钠和水，没有使用硅酸盐水泥，但其结实强度低，流动性较差，无法适用于深层施工时围岩压力较大的情况。而化学类注浆材料因其成本过高，结石体耐久性较差等原因难以大面积推广。

技术实现思路

1、基于上述技术问题，本发明提出一种矿用底板裂隙加固的固废绿色注浆材料，以及该注浆材料的制备方法。

2、本发明所采用的技术解决方案是：

3、一种矿用底板裂隙加固的固废绿色注浆材料，该注浆材料是由水泥、粉煤灰、黏土、发泡剂、减水剂和水制备而成；

4、发泡剂的用量为水泥、粉煤灰和黏土总质量的0.1-5％；

5、减水剂的用量为水泥、粉煤灰和黏土总质量的0.1-2％；

6、水的质量与水泥、粉煤灰和黏土总质量的比值为0.5-1。

7、优选的，发泡剂掺量为水泥、粉煤灰、黏土总质量的1％，减水剂掺量为水泥、粉煤灰、黏土总质量的0.1％，水的质量与水泥、粉煤灰、黏土、发泡剂、减水剂总质量比为0.5。

8、优选的，水泥、粉煤灰与黏土的质量份配比为30-45∶30-50∶20-30。

9、优选的，所述减水剂为萘系高效减水剂、聚羧酸高效减水剂、脂肪酸系高效减水剂、木质素磺酸盐类减水剂中的其中一种。

10、优选的，所述发泡剂为十二烷基硫酸钠、松香皂类发泡剂、动植物蛋白类发泡剂中的其中一种。松香皂类发泡剂可选用松香皂发泡剂、松香酸钠发泡剂中的一种，动植物蛋白类发泡剂可选用动物蛋白发泡剂、植物蛋白发泡剂其中的一种。

11、优选的，水泥的细度通过80μm方孔筛的筛余量不大于5％，性能满足gbl75-2007标准的要求。

12、如上所述矿用底板裂隙加固的固废绿色注浆材料的制备方法，包括以下步骤：

13、s1.按用量配比准备水泥、粉煤灰、黏土、发泡剂、减水剂和水；先将水泥、粉煤灰、黏土和减水剂混合搅拌均匀，作为注浆原料；

14、s2.将注浆原料与1/3用量的水进行搅拌，待搅拌均匀后加入剩余水继续搅拌均匀，得到浆液；

15、s3.将发泡剂加入浆液中，并进行搅拌，得到矿用底板裂隙加固的固废绿色注浆材料。

16、该方法所制得注浆材料按固液质量比为0.5，5min流动度在250-350mm之间，抗渗压力为0.7mpa，28d抗压强度大于10mpa。

17、本发明的有益技术效果是：

18、本发明提出的固废绿色注浆材料是一种注浆原料粒径微小、适用性好、结构稳定的非牛顿流体，发泡剂的使用使得注浆结石体初期体积膨胀，产生较为均匀的气泡，水泥、粉煤灰与黏土之间的物化反应生成致密水化产物附着在纳米二氧化硅上填充孔隙，且结石体内部气泡相互交错形成网状结构，使得其微观结构更加密实，使得注浆材料具有较好的抗渗特性与较高的抗压强度，浆液注入底板裂隙后可使浆液扩散范围内注浆结石体内部孔隙密实，结石率高，强度与抗渗性能显著提高，对含承压水底板裂隙具有良好的防渗加固效果，安全无污染，成本低，又消耗了粉煤灰存量，提高了固废产物的利用效率。

19、具体地，本发明优点如下：

20、(1)本发明采用黏土、粉煤灰为主料，极大降低了水泥的用量，降低了注浆成本。

21、(2)本发明所选用的原料及添加剂均采用无机材料，不具挥发性，不产生任何有毒有害气体，安全无污染。

22、(3)本发明制备工艺仅需将原料搅拌均匀即可，制备过程中原料自身性质均不发生反应，不但操作简便，而且保证了制备过程中的安全。

23、(4)本发明所得注浆材料与水泥粘土浆液和水泥浆液相比，具有固结后密实、抗渗性能好、凝结时间快、强度高、流动性好的特点。

技术特征：

1.一种矿用底板裂隙加固的固废绿色注浆材料，其特征在于：该注浆材料是由水泥、粉煤灰、黏土、发泡剂、减水剂和水制备而成；

2.根据权利要求1所述的一种矿用底板裂隙加固的固废绿色注浆材料，其特征在于：水泥、粉煤灰与黏土的质量份配比为30-45∶30-50∶20-30。

3.根据权利要求1所述的一种矿用底板裂隙加固的固废绿色注浆材料，其特征在于：所述减水剂为萘系高效减水剂、聚羧酸高效减水剂、脂肪酸系高效减水剂、木质素磺酸盐类减水剂中的其中一种。

4.根据权利要求1所述的一种矿用底板裂隙加固的固废绿色注浆材料，其特征在于：所述发泡剂为十二烷基硫酸钠、松香皂类发泡剂、动植物蛋白类发泡剂中的其中一种。

5.根据权利要求1所述的一种矿用底板裂隙加固的固废绿色注浆材料，其特征在于：水泥的细度通过80μm方孔筛的筛余量不大于5％，性能满足gbl75-2007标准的要求。

6.如权利要求1-5中任一权利要求所述矿用底板裂隙加固的固废绿色注浆材料的制备方法，其特征在于包括以下步骤：

7.根据权利要求6所述的一种矿用底板裂隙加固的固废绿色注浆材料的制备方法，其特征在于：该注浆材料按固液质量比为0.5，5min流动度在250-350mm之间，抗渗压力为0.7mpa，28d抗压强度大于10mpa。

技术总结
本发明公开一种矿用底板裂隙加固的固废绿色注浆材料，该注浆材料是由水泥、粉煤灰、黏土、发泡剂、减水剂和水制备而成；发泡剂的用量为水泥、粉煤灰和黏土总质量的0.1‑5％；减水剂的用量为水泥、粉煤灰和黏土总质量的0.1‑2％；水的质量与水泥、粉煤灰和黏土总质量的比值为0.5‑1。本发明提出的固废绿色注浆材料是一种注浆原料粒径微小、适用性好、结构稳定的非牛顿流体，具有良好的抗渗性和粘度时变性，浆液注入底板裂隙后可使浆液扩散范围内注浆结石体内部孔隙密实，结石率高，强度与抗渗性能显著提高，对含承压水底板裂隙具有良好的防渗加固效果，安全无污染，成本低，又消耗了粉煤灰存量，提高了固废产物的利用效率。

技术研发人员：张文泉,朱先祥,李松,马超群,李云松,靳磊
受保护的技术使用者：山东科技大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15