一种煤矿巷道围岩加固无机复合注浆材料的制作方法

本发明属于矿产开采，具体地，涉及一种煤矿巷道围岩加固无机复合注浆材料。

背景技术：

1、伴随着采矿技术不断地发展，煤矿井下采掘深度也在不断增加，深部巷道煤岩体状态极不稳定，地质构造也更加复杂，导致冒顶、片帮等事故发生频率提升，严重影响煤矿安全生产，并且深部矿井巷道既要承受高地应力的作用，又受到强采动的影响，造成其围岩会发生持续性地流变甚至大变形，同时也会带来巷道渗水漏水，裂隙闭合等问题。

2、注浆加固是一种通过物理化学等方式，来改善提高破碎岩体或存在裂隙的煤岩体的物理力学性能，加强巷道围岩承载力的一种方法，主要为使用注浆泵加压等手段，将能够在特定时间后凝固的液态注浆材料，注入到破碎岩体或煤岩体裂隙中，待其固化致使周围破碎岩体或煤岩体胶结，从而发挥作用，提高其整体强度，降低围岩变形破坏等风险。不同注浆材料由于其性能与作用机理不同，对注浆加固的施工和注浆后的效果会产生不同的影响，并且在进一步考虑到工程成本时，注浆材料的使用量与制备成本也是不可忽略的一环，所以在注浆材料的选择和改性与研究更具性价比和安全性的新型注浆材料，成为目前研究的主流方向。

3、现有的注浆材料按照成分类型主要可分为两大类，其一，是以聚氨酯、环氧树脂等高分子材料为胶结料的有机注浆材料，该类注浆材料的流动性好、浆料填充压力低，可在裂岩中充分铺展，具有良好的防渗效果，但是其胶结强度不高，成本高昂，且造成矿区地下污染，一般仅在少数特殊地貌下使用；其二，是以水泥为凝胶材料的无机注浆材料，其围岩加固强度相对较高，固化层的抗侵蚀能力优异，加固稳定性更优，是大多数矿区的优选加固手段，但是，现有的水泥基注浆材料为了保证良好的流动性和填充性，骨料用量少且细，固化后力学强度远远低于常规水泥材料，且水泥占比较大易引起固化干缩，使得固化层的抗渗性能不佳。

技术实现思路

1、为了解决背景技术中提到的技术问题，本发明的目的在于提供一种煤矿巷道围岩加固无机复合注浆材料。

2、本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

3、一种煤矿巷道围岩加固无机复合注浆材料，按照重量份计包括：

4、硅酸盐水泥55-70份、磷酸镁水泥15-25份、环保型抗渗强化剂8-13份、细骨料25-35份、激发剂3-4份和减水剂1.2-1.5份；

5、所述环保型抗渗强化剂由以下方法制备：

6、步骤a1：将硅烷偶联剂kh550分散于水中，再与沙漠砂在室温下湿拌1-1.5h，之后加入多羧酸螯合剂混合，升温至65-75℃热拌2-3h，冷却后压滤、干燥、打散，得到成核微粉；

7、进一步地，沙漠砂、硅烷偶联剂kh550和多羧酸螯合剂的用量比为500g：3.6-4.2ml：1.3-1.8g，沙漠砂细度低且含泥量少，是作为分散成核材料的良好选择，但其表面光滑、比表面积小，难以附着成核，利用其碱性高特点，在湿拌过程中，自促进硅烷偶联剂kh550水解，随着多羧酸螯合剂降低混合物的碱度，硅烷偶联剂kh550的水解产物与沙漠砂表面的硅羟基缩合，接枝到沙漠砂的表面，改善沙漠砂的表面质量，同时多羧酸螯合剂和硅烷偶联剂kh550在热拌过程中进行反应，在沙漠砂表面形成负载，赋予沙漠砂表面螯合特性；

8、进一步地，湿拌混合物控制含水率为28-32％，该状态下有利于硅烷偶联剂kh550的充分分散和水解；

9、优选地，多羧酸螯合剂为乙二胺四乙酸。

10、步骤a2：将阳极泥、疏浚底泥和水高速搅拌混合形成分散液，再均匀加入成核微粉混匀，静置24h，去除上清液，取底层沉淀压滤、干燥、打散，得到环保型抗渗强化剂；

11、进一步地，阳极泥、疏浚底泥和成核微粉的用量比为1kg：5-7kg：220-350g，疏浚底泥常年沉积在水底，其中细小的泥沙带有负电荷，形成具有弥散形态的胶状物，其直接利用难以均匀分散和干燥，阳极泥为矿物冶炼废物，其呈酸性且残留丰富带正电荷的金属离子，与疏浚底泥混合后同负电荷离子相互作用，破坏疏浚底泥的胶状结构，形成初生的含金属离子的结合体，随着成核微粉的加入，其通过螯合作用捕捉微小结合体形成复合微粒沉淀。

12、进一步地，分散液的含水率不超过80％。

13、煤矿巷道围岩加固无机复合注浆材料的制备方法为：将各原料预混均匀，再按照水灰比为0.36-0.42加水混匀，即得到注浆材料。

14、进一步地，细骨料由粉煤灰和硅灰混合而成。

15、进一步地，激发剂为水玻璃，模数不高于3。

16、进一步地，减水剂选自聚羧酸类减水剂。

17、本发明的有益效果：

18、本发明结合当下矿产资源应用现状，对多种固废物进行综合利用制成环保型抗渗强化剂，有效提升注浆材料的固化强度和抗渗性，缓解矿产开采固废物后处理压力，并且为固废物的再利用提供了新的思路；

19、环保型抗渗强化剂以沙漠砂为核心，利用其碱性高特点，将其与硅烷偶联剂kh550湿拌，自促进水解，再与多羧酸螯合剂热拌反应，对沙漠砂的表面进行改性，赋予表面一定的螯合性，再由阳极泥的酸性和残留金属阳离子破坏疏浚底泥的胶体结构并形成含金属离子的结合体，利用螯合作用捕捉微小结合体形成复合微粒，在沙漠砂表面形成含泥包覆层；其添加到水泥基浆料中，共混过程中，表面含泥包覆层充分吸水，使得浆料不易析水，减缓磷酸镁水泥的水化，使得浆料保持良好的流动性，凝胶过程中，含泥层在注浆压力和孔隙压力下缓慢吐水，促进水泥进行缓慢充分的水化，有利于提高注浆材料后固化强度；另外，环保型抗渗强化剂以沙漠砂为核心，其强度高且呈类球形，本身具有优异的抗压能力，加之在其近层的充分水化层提高与水泥基体的结合强度，对基体起到进一步强化作用，在测试中，28d固化后抗压强度达到18.6-22.18mpa，可对巷道软岩起到强力加固作用；此外，环保型抗渗强化剂的表层包覆有含泥层，其不同于矿粉等骨料，该泥层具有一定的压缩性，在高压注浆过程中，泥层可发生一定量的压缩，在水化过程中缓慢释放，弥补水泥的干硬收缩，使得注浆固化层保持较高的致密度，有利于提高抗渗性能，且在发生渗透侵蚀时，环保型抗渗强化剂的泥层可再次吸水填充孔隙，形成多重阻水障碍，在测试中，28d固化后渗透系数低于2×10-3m/d，可对巷道软岩起到优异的抗渗作用。

技术特征：

1.一种煤矿巷道围岩加固无机复合注浆材料，其特征在于，按照重量份计包括：

2.根据权利要求1所述的一种煤矿巷道围岩加固无机复合注浆材料，其特征在于，沙漠砂、硅烷偶联剂kh550和多羧酸螯合剂的用量比为500g：3.6-4.2ml：1.3-1.8g。

3.根据权利要求2所述的一种煤矿巷道围岩加固无机复合注浆材料，其特征在于，湿拌混合物控制含水率为28-32％。

4.根据权利要求2所述的一种煤矿巷道围岩加固无机复合注浆材料，其特征在于，多羧酸螯合剂为乙二胺四乙酸。

5.根据权利要求2所述的一种煤矿巷道围岩加固无机复合注浆材料，其特征在于，阳极泥、疏浚底泥和成核微粉的用量比为1kg：5-7kg：220-350g。

6.根据权利要求5所述的一种煤矿巷道围岩加固无机复合注浆材料，其特征在于，分散液的含水率不超过80％。

7.根据权利要求1所述的一种煤矿巷道围岩加固无机复合注浆材料，其特征在于，细骨料由粉煤灰和硅灰混合而成。

8.根据权利要求1所述的一种煤矿巷道围岩加固无机复合注浆材料，其特征在于，激发剂为水玻璃，模数不高于3。

9.根据权利要求1所述的一种煤矿巷道围岩加固无机复合注浆材料，其特征在于，注浆材料的水灰比为0.36-0.42。

技术总结
本发明涉及一种煤矿巷道围岩加固无机复合注浆材料，属于矿产开采技术领域，其按照重量份计包括：硅酸盐水泥55‑70份、磷酸镁水泥15‑25份、环保型抗渗强化剂8‑13份、细骨料25‑35份、激发剂3‑4份和减水剂1.2‑1.5份；环保型抗渗强化剂以沙漠砂为核心，利用其碱性高特点，将其与硅烷偶联剂KH550湿拌，自促进水解，再与多羧酸螯合剂热拌反应，对沙漠砂的表面进行改性，赋予表面一定的螯合性，再由阳极泥的酸性和残留金属阳离子破坏疏浚底泥的胶体结构并形成含金属离子的结合体，利用螯合作用捕捉微小结合体形成复合微粒，在沙漠砂表面形成含泥包覆层，大大提高注浆材料的固化强度和抗渗性能。

技术研发人员：郑连成,叶家根,韩文宇,任俊龙,王鸣伟,李一可
受保护的技术使用者：山西中晟圣达矿业安全工程技术有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/2/21