一种矿山注浆加固材料的制作方法

本发明涉及无机非金属材料，尤其涉及一种矿山注浆加固材料。

背景技术：

1、矿山开采过程中，受采动影响、地质构造变化以及围岩应力重新分布等因素作用，巷道围岩、采空区、断层破碎带、煤岩裂隙区等部位容易产生裂隙扩展、片帮、冒顶、底鼓以及围岩松动破碎等问题。特别是在深部矿山、高应力矿井及破碎软弱围岩条件下，围岩稳定性差，裂隙发育明显，极易造成支护结构失效、巷道变形加剧及安全事故发生。因此，对破碎煤岩体及围岩裂隙进行及时有效的注浆加固，是提高矿山围岩整体强度、改善围岩稳定性、保障矿山安全生产的重要技术手段。

2、注浆加固材料是矿山注浆加固技术中的关键组成部分，其流动性、可注性、凝结时间、早期强度、后期强度、体积稳定性及耐久性直接影响注浆扩散范围和最终加固效果。目前常用的矿山注浆材料主要包括水泥基浆液、化学浆液以及有机无机复合浆液等。其中，水泥基注浆材料因原料来源广、成本较低、耐久性较好而应用较多，但传统水泥浆液普遍存在颗粒较粗、流动性不足、细小裂隙渗透能力差、早期强度发展慢、泌水离析以及固结体收缩开裂等问题，难以满足复杂破碎围岩快速加固的要求。

3、化学浆液虽然具有粘度低、渗透性好、凝结速度快等优点，但部分化学浆液存在成本较高、环保性不足、反应过程不易控制、耐久性较差等问题，在矿山井下大范围注浆加固中的应用受到一定限制。如，中国发明专利cn121850502a公开了一种安山质玄武岩地层注浆材料，其由硅酸盐水泥熟料40～60份、粉煤灰微珠20～30份、硅灰10～20份、纳米二氧化硅5～10份、聚羧酸系减水剂0.5～1.5份、羟丙基甲基纤维素0.1～0.5份及水组成，通过复配超细粉煤灰微珠、硅灰和纳米二氧化硅并采用高速剪切工艺，旨在降低浆液颗粒粒径、提高浆液流动性。然而，该方案在实际应用于矿山破碎围岩注浆加固时仍存在以下不足：（1）纳米二氧化硅掺量较高（5～10份），高掺量纳米颗粒易发生团聚效应，反而劣化浆液的流动性和分散性，且增加了材料成本；（2）该方案未添加缓凝剂，浆液凝结时间不可调控，在矿山长距离泵送或大范围注浆施工中，浆液过早凝结易导致堵管事故，影响施工连续性；（3）该方案未添加膨胀剂，水泥基材料硬化过程中的化学收缩和干燥收缩无法得到有效补偿，固结体易产生收缩开裂，降低注浆加固的长期耐久性；（4）其胶凝体系缺少矿渣微粉组分，后期强度发展和体积稳定性仍有提升空间。

4、因此，针对现有矿山注浆加固材料存在的流动性不足、可注性差、早期强度低、收缩开裂及加固效果不稳定等问题，需进一步研究一种适用于矿山破碎围岩及裂隙加固的复合水泥基注浆加固材料，使其兼具良好的流动性、可泵送性、早期强度、后期强度和体积稳定性，能够在破碎煤岩体裂隙中充分扩散并快速固结，从而提高围岩整体承载能力，降低片帮、冒顶和巷道变形等安全风险。

技术实现思路

1、本发明的目的是解决现有技术中存在的缺点，而提出的一种矿山注浆加固材料。

2、为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

3、一种矿山注浆加固材料，所述注浆加固材料的胶凝组分包括普通硅酸盐水泥、矿渣微粉、粉煤灰、硅灰以及纳米二氧化硅；

4、以质量份计，所述矿渣微粉的质量为20~30份，纳米二氧化硅为1~3份。

5、优选的，所述普通硅酸盐水泥为40~60份，粉煤灰为10~20份，硅灰为5~15份。

6、优选的，所述矿渣微粉为s95级矿渣微粉，所述粉煤灰为二级粉煤灰。

7、优选的，所述注浆加固材料还包括聚羧酸系高效减水剂，以质量份计，聚羧酸系高效减水剂的添加量为0.2~0.5份。

8、优选的，所述注浆加固材料还包括葡萄糖酸钠，以质量份计，葡萄糖酸钠的添加量为0.1~0.3份。

9、优选的，所述注浆加固材料还包括膨胀剂，以质量份计，膨胀剂的添加量为0.1~0.5份。

10、优选的，所述膨胀剂为uea型低碱混凝土膨胀剂。

11、优选的，所述注浆加固材料的水胶比为0.32。

12、一种如上述的矿山注浆加固材料的使用方法，包括以下步骤：

13、步骤1：将普通硅酸盐水泥、矿渣微粉、粉煤灰、硅灰和膨胀剂加入搅拌容器中，干拌2~3min；再加入纳米二氧化硅，继续干拌2~3min，获得混合干粉料；

14、步骤2：将聚羧酸系高效减水剂和葡萄糖酸钠加入水中，搅拌至充分溶解，获得外加剂水溶液；

15、步骤3：将外加剂水溶液缓慢加入所述混合干粉料中，搅拌，直至浆液均匀无明显团聚，即得矿山注浆加固浆液。

16、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

17、（1）本发明通过矿渣微粉、粉煤灰和硅灰的复合掺入，优化了胶凝材料的颗粒级配，改善了浆液的稳定性和固结体的密实性。

18、（2）本发明采用低掺量纳米二氧化硅对水泥基材料进行改性，利用其晶核效应和火山灰活性促进胶凝材料的水化反应，有利于提高固结体的早期强度和后期强度。

19、（3）本发明通过聚羧酸系高效减水剂改善浆液的流动性和分散性，使浆液在较低水胶比下仍具有良好的可泵送性和可注性；通过葡萄糖酸钠调节浆液的凝结时间，为矿山长距离泵送注浆提供了充足的可操作时间，避免了因凝结过快导致的堵管问题；通过膨胀剂补偿水泥基材料硬化过程中的体积收缩，有利于减少固结体的收缩开裂倾向，提高注浆加固的长期稳定性。

20、（4）本发明上述组分的协同作用，使固结体具有较高的抗压强度、良好的体积稳定性和密实性，能够满足矿山破碎围岩及煤岩裂隙注浆加固的工程要求。

1.一种矿山注浆加固材料，其特征在于，所述注浆加固材料的胶凝组分包括普通硅酸盐水泥、矿渣微粉、粉煤灰、硅灰以及纳米二氧化硅；

2.根据权利要求1所述的一种矿山注浆加固材料，其特征在于，以质量份计，所述普通硅酸盐水泥为40~60份，粉煤灰为10~20份，硅灰为5~15份。

3.根据权利要求1所述的一种矿山注浆加固材料，其特征在于，所述矿渣微粉为s95级矿渣微粉，所述粉煤灰为二级粉煤灰。

4.根据权利要求1所述的一种矿山注浆加固材料，其特征在于，所述注浆加固材料还包括聚羧酸系高效减水剂，以质量份计，聚羧酸系高效减水剂的添加量为0.2~0.5份。

5.根据权利要求1所述的一种矿山注浆加固材料，其特征在于，所述注浆加固材料还包括葡萄糖酸钠，以质量份计，葡萄糖酸钠的添加量为0.1~0.3份。

6.根据权利要求1所述的一种矿山注浆加固材料，其特征在于，所述注浆加固材料还包括膨胀剂，以质量份计，膨胀剂的添加量为0.1~0.5份。

7.根据权利要求6所述的一种矿山注浆加固材料，其特征在于，所述膨胀剂为uea型低碱混凝土膨胀剂。

8.根据权利要求1所述的一种矿山注浆加固材料，其特征在于，所述注浆加固材料的水胶比为0.32。

9.一种如权利要求1-8任一所述的矿山注浆加固材料的使用方法，其特征在于，包括以下步骤：