一种矿用无机速凝双液注浆加固材料的制作方法

1.本发明属于注浆充填材料技术领域，尤其涉及一种矿用无机速凝双液注浆加固材料。


背景技术：

2.我国是一个能源大国，煤炭消耗量位居世界第一，随着煤炭的大量回采，浅埋深煤层已趋于殆尽，煤矿企业不得不向深部开采，在高地应力作用以及强烈的开采作用影响下，煤矿巷道破碎给煤矿安全生产带来了威胁，而注浆加固是治理巷道煤岩体破碎的有力手段。以往注浆多采用高分子材料，虽然该材料效果好，但成本高，大量使用还会造成高温，给煤矿安全生产带来不稳定因素。因此无机注浆材料开始了广泛应用，虽然无机单液凝固时间长，但“水泥-水玻璃”双液浆混合后凝固迅速，可有效治理破碎煤岩体。
3.中国专利cn101974319b公开了一种井巷注浆和软土压密注浆用双液速凝浆液，浆液由甲液和乙液组成，甲液和乙液等体积注入，现场操作简单；甲液由硅酸盐水泥、无机钠盐、有机醇类早强剂及余量水组成，乙液由粉煤灰、硅酸钠及余量水组成。浆液凝胶时间可调，早期抗压强度高，且结石体耐久性好，不开裂、不粉化，与原“水泥-水玻璃浆液”相比，显著提高了浆液结石体的耐久性，节省了硅酸钠用量，使注浆成本大幅度降低，但是地下工程突水治理时，要求注浆材料具有一定的扩散半径和较小的孔隙率，能够注入裂缝并达到堵水的效果。
4.因此，如何提供一种堵水效果更好的无机速凝双液注浆加固材料是人们一直希望解决的技术问题。


技术实现要素：

5.针对上述现有技术，本发明提供了提供一种矿用无机速凝双液注浆加固材料，由a液和b液组成，其特征在于：所述的a液的组分为水泥200-400份，粉煤灰15-55份，磁性纳米二氧化硅5-25份，缓凝剂0.5-3份，水300-500份；所述的b液为水玻璃160-300份，超细石灰石50-70份，水400-600份。
6.优选的，缓凝剂为所述缓凝剂为硼砂或柠檬酸；优选的，水玻璃的波美度为30-40
°
，模数为2.8～3.3。
7.优选的，磁性纳米二氧化硅为包覆有三氧化二铁和/或氧化镍的核壳结构。
8.具体制备方法如下：步骤1），将一定量的水和表面活性剂混合搅拌1-2h；步骤2），将适量的磁性金属前驱体硝酸镍和/或硝酸铁分散在步骤1）的溶液中混合，室温搅拌3-6h，然后加入浓氨水，继续搅拌1-3h；步骤3），加入适量正硅酸乙酯（teos），室温搅拌1-2天，加入一定量乙醇继续搅拌1-2h后离心分离，继续醇洗2次后干燥，然后程序升温至300℃煅烧2-4h，即得包覆有三氧化二铁和/或氧化镍的核壳结构纳米二氧化硅。
9.优选的，步骤1）中表面活性剂为阴离子表面活性剂，更优选的，阴离子表面活性剂为十二烷基苯磺酸钠或脂肪醇醚硫酸钠。
10.优选的，步骤1)中表面活性剂与水的摩尔比为1.0:(1000～2000)。
11.优选的，步骤1)中磁性金属前驱体与表面活性剂的摩尔比为(0.1～0.8)：1.0。
12.优选的，步骤3)中teos与表面活性剂的摩尔比为 (5～10)：1.0。
13.本发明的矿用无机速凝双液注浆加固材料的制备方法如下：按所述配比量取a液的各组分，然后按照配比将水泥、粉煤灰投入水中，搅拌均匀；再投入缓凝剂和磁性纳米二氧化硅，搅拌，得到a液，按所述配比量取水玻璃得到b液，将a液倒入b液并拌匀，即得双液注浆料。
14.与现有技术相比，本发明的矿用无机速凝双液注浆加固材料，纳米二氧化硅的加入具有更高的火山灰活性，通过消耗水化产物中的 c－h 和生成更多的 c－s－h 来起到改善水泥基材料的微观结构，减少微观缺陷，从而提高材料的力学性能和耐久性，未加入纳米材料时，水化产物大部分只能在水泥颗粒表面生长。而纳米材料活性高，其表面可为水化产物的生长提供额外的成核点位，促进水化产物的多点生长，加入超细石灰石可改善混凝土的抗折强度和抗压强度，对混凝土早期强度的提高效果显著，此外，通过对纳米二氧化硅进行磁化处理，在注浆初期通过施加高强度磁场，能够防止纳米颗粒聚集沉降，使纳米二氧化硅更容易注入到细小裂缝中，防止上部结石体下沉引起塌方，抗渗性和堵水效果也有提高。
具体实施方式
15.以下通过具体实施例详细说明本发明技术方案的实施和所具有的有益效果，但不能认定为对本发明的可实施范围的任何限定。
16.实施例1一种矿用无机速凝双液注浆加固材料，由a液和b液组成，a液的组分为水泥300份，粉煤灰35份，磁性纳米二氧化硅15份，柠檬酸2份，水400份； b液为水玻璃200份，超细石灰石60份，水500份。其中，水玻璃的波美度为30-40
°
，模数为2.8～3.3，磁性纳米二氧化硅为包覆有氧化镍的核壳结构，具体制备方法如下：步骤1），将一定量的水和表面活性剂混合搅拌1-2h；步骤2），将适量的磁性金属前驱体硝酸镍分散在步骤1）的溶液中混合，室温搅拌3-6h，然后加入浓氨水，继续搅拌1-3h；步骤3），加入适量正硅酸乙酯（teos），室温搅拌1-2天，加入一定量乙醇继续搅拌1-2h后离心分离，继续醇洗2次后干燥，然后程序升温至300℃煅烧2-4h，即得包覆有三氧化二铁和/或氧化镍的核壳结构纳米二氧化硅，步骤1）中表面活性剂十二烷基苯磺酸钠，表面活性剂与水的摩尔比为1.0:(1000～2000)，硝酸镍与表面活性剂的摩尔比为0.6：1.0，步骤3)中teos与表面活性剂的摩尔比为 7：1。
17.对比例1一种矿用无机速凝双液注浆加固材料，由a液和b液组成，a液的组分为水泥300份，粉煤灰35份，柠檬酸2份，水400份；b液为水玻璃200份，超细石灰石60份，水500份。
18.将实施例1和对比例1分别将a液倒入b液并拌匀，即得双液注浆料后对煤层巷道进行注浆，然后采用磁场强度为1.5t的磁化装置对两者的注浆液进行磁化处理，测试二者的物理性质显示，实施例1的浆液凝胶时间相比较对比例1缩短了15%，抗压强度提高20%，结石
率提高10%，抗渗性和堵水效果也有提高。


技术特征：
1.一种矿用无机速凝双液注浆加固材料，由a液和b液组成，其特征在于：所述的a液的组分为水泥200-400份，粉煤灰15-55份，磁性纳米二氧化硅5-25份，缓凝剂0.5-3份，水300-500份；所述的b液为水玻璃160-300份，超细石灰石50-70份，水400-600份。2.根据权利要求1所述一种矿用无机速凝双液注浆加固材料，其特征在于：缓凝剂为所述缓凝剂为硼砂或柠檬酸。3.根据权利要求1所述一种矿用无机速凝双液注浆加固材料，其特征在于：水玻璃的波美度为30-40
°
，模数为2.8～3.3。4.根据权利要求1所述一种矿用无机速凝双液注浆加固材料，其特征在于：磁性纳米二氧化硅为包覆有三氧化二铁和/或氧化镍的核壳结构，具体制备方法如下：步骤1），将一定量的水和表面活性剂混合搅拌1-2h；步骤2），将适量的磁性金属前驱体硝酸镍和/或硝酸铁分散在步骤1）的溶液中混合，室温搅拌3-6h，然后加入浓氨水，继续搅拌1-3h；步骤3），加入适量正硅酸乙酯（teos），室温搅拌1-2天，加入一定量乙醇继续搅拌1-2h后离心分离，继续醇洗2次后干燥，然后程序升温至300℃煅烧2-4h，即得包覆有三氧化二铁和/或氧化镍的核壳结构纳米二氧化硅。5.根据权利要求4所述一种矿用无机速凝双液注浆加固材料，其特征在于：步骤1）中表面活性剂为阴离子表面活性剂，更优选的，阴离子表面活性剂为十二烷基苯磺酸钠或脂肪醇醚硫酸钠。6.根据权利要求4所述一种矿用无机速凝双液注浆加固材料，其特征在于：步骤1)中表面活性剂与水的摩尔比为1.0:(1000～2000)。7.根据权利要求4所述一种矿用无机速凝双液注浆加固材料，其特征在于：步骤1)中磁性金属前驱体与表面活性剂的摩尔比为(0.1～0.8)：1.0。8.根据权利要求4所述一种矿用无机速凝双液注浆加固材料，其特征在于：步骤3)中teos与表面活性剂的摩尔比为 (5～10)：1.0。

技术总结
本发明的矿用无机速凝双液注浆加固材料，加入纳米二氧化硅具有更高的火山灰活性，通过消耗水化产物中的C－H和生成更多的C－S－H来起到改善水泥基材料的微观结构，减少微观缺陷，从而提高材料的力学性能和耐久性，未加入纳米材料时，水化产物大部分只能在水泥颗粒表面生长。而纳米材料活性高，其表面可为水化产物的生长提供额外的成核点位，促进水化产物的多点生长，加入超细石灰石可改善混凝土的抗折强度和抗压强度，对混凝土早期强度的提高效果显著，此外，通过对纳米二氧化硅进行磁化处理，在注浆初期通过施加高强度磁场，能够防止纳米颗粒聚集沉降，使纳米二氧化硅更容易注入到细小裂缝中，防止上部结石体下沉引起塌方，抗渗性和堵水效果也有提高。性和堵水效果也有提高。


技术研发人员：陈晓祥 郑钧予 张亚伟 王成
受保护的技术使用者：山西中科赛德能源科技有限公司
技术研发日：2022.05.06
技术公布日：2022/7/15