一种双液速凝注浆加固无机材料及施工工艺的制作方法

1.本发明涉及一种注浆加固材料，具体涉及一种双液速凝注浆加固无机材料及施工工艺，属于煤矿注浆加固技术领域。


背景技术：

2.针对工作面片帮、冒顶和未喷浆破碎围岩巷道、快速变形巷道，以往多采用普通水泥或高分子注浆材料，但两种材料在实际使用过程中经常会存在以下问题：
3.1)普通水泥虽然价格低廉，但凝固速度慢，漏浆难以封堵，强度增长缓慢，造成有效注浆量较小，加固效果较差。
4.2)高分子注浆材料性能优异，凝结快、强度高、粘结性强，效果显著，但同样存在反应温度高(＞200℃)、有毒有腐蚀性、价格高昂、难以洗选及注浆材料着火等严重问题，目前高分子材料在各矿区都限量使用。
5.因此，亟需研究一种凝结快、强度高，且无毒无腐蚀、安全有效的注浆加固材料，加快煤矿注浆加固施工的进程。


技术实现要素：

6.本发明的目的是：为有效解决漏浆问题，大幅提高注浆效果，满足工作面快速推进和巷道快速变形的工程需要，提供一种双液速凝注浆加固无机材料及施工工艺，采用双组份无机配方材料，克服了高分子注浆材料所存在的反应高温、可燃、有毒、有腐蚀性的性能弊端，提高注浆效果，同时强度增长迅速，反应温度低(＜75℃)；能够替代高分子注浆材料使用，降低生产成本。
7.为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：一种双液速凝注浆加固无机材料，包括a组份和b组份的双组份无机材料，按重量份数计：
8.a组分包括15-30份的水泥、20-40份的堵漏剂、3-10份的无机渗透结晶活性母料、40-50份的粉煤灰和0.3-0.5份的纤维素醚；
9.b组分包括30-50份的氧化钙、40-60份的滑石粉、8-10份的速凝剂和0.5-1份的萘系高效减水剂；
10.按重量份数称量a组份和b组份无机材料，分别加水混合搅拌后，再按重量比为1：1的比例混合后可用于注浆加固。
11.所述水泥为抗压强度为50mpa的硫铝酸盐水泥或标号为52.5的硅酸盐水泥。
12.所述无机渗透结晶活性母料为水泥基渗透结晶活性母料。
13.所述堵漏剂采用初凝时间不迟于3min，终凝时间不迟于5min的f型快速水硬性粉状材料。
14.所述a组分和b组分两种无机材料的反应温度小于等于65℃，混合后注浆加固的强度高于40mpa。
15.一种双液速凝注浆加固无机材料的施工工艺，包括以下步骤：
16.s1、在煤层中先探测好打孔位置进行打孔，将囊袋式封孔器、高压钢管放入钻孔内，将气动注浆泵的排浆口与囊袋式封孔器用快速接头连接在一起，在气动注浆泵的搅拌筒内加入无机封孔材料，再按无机封孔材料与水的重量比1：1.2的比例加水进行稀释，搅拌均匀后启动气动注浆泵，待该钻孔注浆完毕，拔开快速接头与其他钻孔连接依次注浆封孔；
17.s2、钻孔注浆封孔将高压钢管埋入钻孔后，将按重量份数配制好的a组分和b组分分别倒入两个气动搅拌机内搅拌均匀，a组分和b组分均按重量比0.35-0.8：1的水灰比分别加水搅拌混合均匀；
18.s3、利用气动双液注浆泵的两个吸浆管放入两个搅拌机内把a、b两种浆液吸入泵体，按重量比为1：1的比例在气动双液注浆泵的出浆口混合，开启气动双液注浆泵，压力调至10mpa，通过高压钢管将混合后组成的双液速凝注浆加固无机材料注入煤层。
19.所述步骤s1中，钻孔的打孔直径为75～90mm、深度为100m；高压钢管的外径为40mm；无机封孔材料采用不产生高温、凝固时间短、耐压强度大的粉末状微膨胀封孔材料。
20.所述步骤s1中，囊袋式封孔器的结构包括：一根外径为16mm、内经为12mm的注浆管，两端各有一个用尼龙纤维丝织成的囊袋，以及位于注浆管中间的爆破阀；气动注浆泵的结构包括：注浆泵体、搅拌筒、气动搅拌器和限压阀。
21.所述步骤s2中，气动双液注浆泵由两个吸浆管和一个注浆管组成，工作压力为0.3-0.8mpa，出浆压力在0-100mpa范围内可调。
22.本发明的有益效果是：
23.1)本发明的注浆配方材料采用双组份无机材料，在凝结时间和抗压强度上与高分子注浆材料差距较小，属于快速凝固型材料；双组份无机材料包括a组分和b组分，现场使用时分别加水搅拌，两种浆体混合后，可在30s～2min内凝结，3～5min完全固化，强度迅速增长，15min时强度达到10mpa以上，可广泛应用于矿压显现强烈的巷道、采掘工作面、未喷浆巷道等工程条件下的注浆加固和堵水，也适合公路、地铁、隧道等类似工程条件下的注浆工程。
24.2)本发明的注浆配方材料在粘结性上和高分子注浆材料差距较大，但完全克服了高分子注浆材料所存在的反应高温、可燃、有毒、有腐蚀性、成本高昂的性能弊端，大幅提高注浆效果，同时强度增长迅速，属于一种环境友好型绿色材料，能够替代高分子注浆材料使用，降低生产成本。
25.3)本发明的注浆配方材料应用在施工工艺中时，先将a组分和b组分无机材料均按重量比0.35-0.8：1的水灰比分别混合搅拌均匀，然后再按重量比1：1的比例混合后进行注浆，两种浆液混合注入钻孔后5min初凝，将周围的缝隙堵住，一个小时强度可达15mpa，一天后强度可达40mpa，温度达到最高但不超过70℃。可有效解决以下问题：未喷浆巷道注浆漏浆问题、极破碎围岩注浆加固、时效性要求较高的注浆工程、超前支承压力区注浆，以及直接利用浆液封孔。
附图说明
26.图1为本发明双液速凝注浆加固无机材料的施工工艺流程结构图。
27.图中，1-a料堆，2-a气动搅拌机，3-a料储浆桶，4-气动双液注浆泵，5-b料储浆桶，6-b气动搅拌机，7-b料堆，8-b水箱，9-a水箱，10-水管，11-a阀门，12-b阀门。
具体实施方式
28.下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的解释说明。
29.以下实施例中所使用的各种原料，如未作特别说明，均为本领域公知的市售产品。
30.本发明提供一种双液速凝注浆加固无机材料，包括a组份和b组份的双组份无机材料，按重量份数计：a组分包括15-30份的硫铝酸盐水泥、20-40份的堵漏剂、3-10份的水泥基渗透结晶活性母料、40-50份的粉煤灰和0.3-0.5份的纤维素醚；b组分包括30-50份的氧化钙、40-60份的滑石粉、8-10份的速凝剂和0.5-1份的萘系高效减水剂。
31.a组分中硫铝酸盐水泥俗称快硬水泥，强度可达50mpa，且具有微膨胀的特性，也可替换成标号为52.5的硅酸盐水泥；堵漏剂为f型快速水硬性粉状材料，具有快凝、快硬、早强、高强、无收缩、粘结性强、堵漏、防水、治裂的功能，初凝时间不迟于3min，终凝时间不迟于5min，15min后的抗压强度大于10mpa、1小时后大于15mpa；水泥基渗透结晶活性母料为水泥添加剂，提高水泥的抗渗强度；粉煤灰为填充料。
32.b组分中氧化钙俗称生石灰，与水混合发生化学反应，生产氢氧化钙，反应过程中产生热量；速凝剂起到调节凝固时间的作用；滑石粉为填充料。
33.制作时，将上述a、b两种组分原料分别倒入搅拌筒内搅拌30min，分别装入颜色、标识不同的两种编织袋中，现场使用时分别将a、b两种组分加水搅拌后按重量比1：1的比例混合后，用于煤层钻孔中的注浆加固。
34.a组分和b组分两种无机材料的反应温度小于等于65℃，混合后注浆加固的强度高于40mpa。
35.实施例1：
36.双液速凝注浆加固无机材料，包括a组分和b组分的双组分无机材料，按重量份数计：其中a组分包括20份的硫铝酸盐水泥、30份的堵漏剂、5份的水泥基渗透结晶活性母料、44份的粉煤灰和0.3份的纤维素醚；b组分包括40份的氧化钙、50份的滑石粉、9份的速凝剂和0.5份的萘系高效减水剂。
37.将a组分和b组分无机材料均按重量比0.35-0.8：1的水灰比分别混合搅拌均匀，然后再按重量比1：1的比例混合后进行注浆，检测凝结时间以及凝固后的材料性能。双液速凝注浆加固无机材料的性能检测结果见下表1：
[0038][0039]
实施例2：
[0040]
双液速凝注浆加固无机材料，包括a组分和b组分的双组分无机材料，按重量份数计：其中a组分包括15份的硫铝酸盐水泥、25份的堵漏剂、9份的水泥基渗透结晶活性母料、50份的粉煤灰和0.3份的纤维素醚；b组分包括30份的氧化钙、60份的滑石粉、9份的速凝剂和0.5份的萘系高效减水剂。
[0041]
将a组分和b组分无机材料均按重量比0.35-0.8：1的水灰比分别混合搅拌均匀，然后再按重量比1：1的比例混合后进行注浆，检测凝结时间以及凝固后的材料性能。双液速凝注浆加固无机材料的性能检测结果见下表2：
[0042][0043]
实施例3：
[0044]
双液速凝注浆加固无机材料，包括a组分和b组分的双组分无机材料，按重量份数计：其中a组分包括30份的硫铝酸盐水泥、20份的堵漏剂、6份的水泥基渗透结晶活性母料、40份的粉煤灰和0.5份的纤维素醚；b组分包括50份的氧化钙、40份的滑石粉、8份的速凝剂和1.0份的萘系高效减水剂。
[0045]
将a组分和b组分无机材料均按重量比0.35-0.8：1的水灰比分别混合搅拌均匀，然后再按重量比1：1的比例混合后进行注浆，检测凝结时间以及凝固后的材料性能。双液速凝注浆加固无机材料的性能检测结果见下表3：
[0046][0047]
实施例4：
[0048]
双液速凝注浆加固无机材料，包括a组分和b组分的双组分无机材料，按重量份数计：其中a组分包括18份的硫铝酸盐水泥、40份的堵漏剂、3份的水泥基渗透结晶活性母料、40份的粉煤灰和0.4份的纤维素醚；b组分包括35份的氧化钙、55份的滑石粉、10份的速凝剂和0.6份的萘系高效减水剂。
[0049]
将a组分和b组分无机材料均按重量比0.35-0.8：1的水灰比分别混合搅拌均匀，然后再按重量比1：1的比例混合后进行注浆，检测凝结时间以及凝固后的材料性能。双液速凝注浆加固无机材料的性能检测结果见下表4：
[0050][0051]
实施例5：
[0052]
双液速凝注浆加固无机材料，包括a组分和b组分的双组分无机材料，按重量份数计：其中a组分包括25份的硫铝酸盐水泥、22份的堵漏剂、10份的水泥基渗透结晶活性母料、45份的粉煤灰和0.4份的纤维素醚；b组分包括45份的氧化钙、45份的滑石粉、9份的速凝剂和0.8份的萘系高效减水剂。
[0053]
将a组分和b组分无机材料均按重量比0.35-0.8：1的水灰比分别混合搅拌均匀，然后再按重量比1：1的比例混合后进行注浆，检测凝结时间以及凝固后的材料性能。双液速凝注浆加固无机材料的性能检测结果见下表5：
[0054][0055]
结合实施例1-5的性能检测结果，对比分析发现：堵漏剂的重量比越高，凝固时间越短，水泥的重量比越高，初始抗压强度越高，但终凝后抗压强度相差不大，均能达到50mpa左右，能够满足煤矿巷道加固要求，且可根据巷道现场实际情况调整凝结时间，适用范围广泛。
[0056]
双液速凝注浆加固无机材料在凝结时间、抗压强度上，与高分子化学材料差距较小，属于快速凝固型材料。双液速凝注浆加固无机材料完全克服了高分子注浆材料所存在的反应高温、可燃、有毒有腐蚀性、成本高昂的重大缺陷，是一种环境友好型绿色材料，在大部分领域能够替代高分子化学材料使用。
[0057]
一种双液速凝注浆加固无机材料的施工工艺，包括以下步骤：
[0058]
s1、在煤层中先探测好打孔位置进行打孔，打孔直径为75～90mm、深度为100m；将囊袋式封孔器、高压钢管放入钻孔内，将气动注浆泵的排浆口与囊袋式封孔器用快速接头连接在一起，在气动注浆泵的搅拌筒内加入无机封孔材料，无机封孔材料采用不产生高温、凝固时间短、耐压强度大的粉末状微膨胀封孔材料；再按无机封孔材料与水的重量比1：1.2的比例加水进行稀释，搅拌均匀后启动气动注浆泵。
[0059]
囊袋式封孔器的结构包括：一根外径为16mm、内经为12mm的注浆管，两端各有一个用尼龙纤维丝织成的囊袋，以及位于注浆管中间的爆破阀；气动注浆泵的结构包括：注浆泵体、搅拌筒、气动搅拌器和限压阀。
[0060]
无机封孔材料被注入囊袋式封孔器的两端囊袋内，待两端的囊袋注满膨胀后，两端被堵死，封孔器内压力上升，当封孔器内的压力超过封孔器中间的爆破阀所能承受的压力时，爆破阀爆破，无机封孔材料从封孔器的爆破阀处流出，向钻孔的两端流动，当钻孔内及钻孔周围的裂隙都注满无机封孔材料后，孔内压力上升，当孔内压力达到气动注浆泵限压阀所设定的压力时，注浆泵自动停止工作，待该钻孔注浆完毕，拔开快速接头与其他钻孔连接依次注浆封孔。
[0061]
s2、钻孔注浆封孔并将一根外径为40mm的高压钢管埋入钻孔后，将按重量份数配制好的a组分和b组分分别倒入两个气动搅拌机内搅拌均匀，其中气动双液注浆泵由两个吸浆管和一个注浆管组成，工作压力为0.3-0.8mpa，出浆压力在0-100mpa之间可调；a组分和b组分均按重量比0.35-0.8：1的水灰比分别加水搅拌混合均匀。
[0062]
s3、利用气动双液注浆泵的两个吸浆管放入两个搅拌机内把a、b两种浆液吸入泵体，按重量比为1：1的比例在气动双液注浆泵的出浆口混合，开启气动双液注浆泵，压力调至10mpa，通过高压钢管将混合后组成的双液速凝注浆加固无机材料注入煤层内。
[0063]
在高压作用下，双液速凝注浆加固无机材料可渗透到钻孔周围的所有裂隙内，5min即可凝固将周围的缝隙堵住，终凝后强度达到40mpa以上，a、b两种组分无机材料的最高反应温度为65℃，低于矿井安全温度。
[0064]
如图1所示为本发明双液速凝注浆加固无机材料的施工工艺流程结构图，结合结构图的施工流程为：将a料堆1中的a组分倒入a气动搅拌机2中，打开阀门11，向a水箱9中放
入一定量的水；按水料比1：2的比例向a气动搅拌机2内加水，开启a气动搅拌机2进行搅拌，搅拌时间不低于5min，搅拌均匀后将a浆液倒入a料储浆桶3中；同时b组分也按上述步骤搅拌均匀倒入b料储浆桶5中。
[0065]
待a、b两种浆液都准备好后，开启气动双液注浆泵4，气动双液注浆泵4将a、b两种浆液吸入后在出浆口混合，通过埋在煤层的高压钢管注入煤层，注浆压力为10mpa左右，两种浆液混合注入钻孔后5min初凝，一个小时强度可达15mpa，一天后强度可达40mpa，温度达到最高，但不超过70℃。
[0066]
本发明的双液速凝注浆加固无机材料为双组份无机材料，包括a组分和b组分的双组分无机粉状材料，现场使用时分别加水搅拌然后混合，该材料两种浆体混合后，30s～2min内凝结，3～5min完全固化，强度迅速增长，15min时强度达到10mpa以上；适用于矿压显现强烈的巷道、采掘工作面、未喷浆巷道等工程条件下的注浆加固和堵水，也适合公路、地铁、隧道等类似工程条件下的注浆工程。
[0067]
以上所述，仅用以说明本发明的技术方案而非限制，本领域普通技术人员对本发明的技术方案所做的其他修改或者等同替换，只要不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。