本發(fā)明屬于煤礦注漿加固，具體涉及一種早強(qiáng)無(wú)機(jī)雙液漿加固材料、制備方法及應(yīng)用。

背景技術(shù)：

1、隨著煤炭開(kāi)采深度的逐年增加，綜采工作面順槽受采動(dòng)壓力及原始地應(yīng)力等的影響，在回采過(guò)程中，端頭頂煤留設(shè)困難、漏頂、片幫等情況時(shí)有發(fā)生，嚴(yán)重干擾了礦井的安全高效回采，在對(duì)松軟煤層回采時(shí)該問(wèn)題尤為突出。為確保回采過(guò)程安全，目前業(yè)內(nèi)主要通過(guò)兩種途徑來(lái)減少煤壁片幫，一是改變工作面煤壁的受力狀態(tài)、避免煤體單向受力，防止在工作面煤壁出現(xiàn)應(yīng)力集中，主要措施包括超前錨固、及時(shí)補(bǔ)打護(hù)幫板、帶壓移架、增大支架的初撐力、加快推進(jìn)速度等，但是，由于支架的初撐力不能無(wú)限增大、護(hù)幫板的支撐力也有限，因此，該技術(shù)方案在防治煤壁片幫時(shí)存在一定的缺陷性；二是改變煤體的物理力學(xué)特性，增強(qiáng)煤體的粘聚力與強(qiáng)度，保證煤體的完整性，主要通過(guò)向煤體注入水泥漿液、化學(xué)漿液等方法實(shí)現(xiàn)，對(duì)于這種方式，注漿加固材料的自身性能從根本上決定著加固工程的實(shí)際效果。

2、目前，常見(jiàn)的注漿加固材料主要包括無(wú)機(jī)加固材料與有機(jī)加固材料，其中，無(wú)機(jī)加固材料以水泥基注漿加固材料為核心，來(lái)源廣泛，技術(shù)成熟且固結(jié)強(qiáng)度高，缺陷在于：常規(guī)水泥材料的凝結(jié)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，往往需要配合水玻璃進(jìn)行時(shí)間調(diào)控且早期強(qiáng)度較低，難以在松軟煤層細(xì)微的裂隙中滲透，直接影響松軟煤層注漿加固效果。有機(jī)注漿加固材料以聚氨酯類(lèi)注漿材料為主，易擴(kuò)散，粘結(jié)性好，性能調(diào)控空間大，相比水泥基注漿加固材料，其具有優(yōu)異的韌性，缺陷在于：總體固結(jié)強(qiáng)度不高且價(jià)格昂貴，部分還具有毒性。

3、綜上所述，常見(jiàn)的注漿加固材料性能難以滿(mǎn)足井下高強(qiáng)度加固的快速注漿需求。因此，開(kāi)發(fā)一種早期固結(jié)強(qiáng)度優(yōu)異、凝結(jié)時(shí)間可控、價(jià)格低廉、高效環(huán)保的新型注漿加固材料對(duì)于煤礦行業(yè)的礦井安全開(kāi)采工作至關(guān)重要。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種早強(qiáng)無(wú)機(jī)雙液漿加固材料、制備方法及應(yīng)用，以解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的松軟煤層注漿加固用注漿材料凝結(jié)時(shí)間長(zhǎng)、早期強(qiáng)度不高的技術(shù)問(wèn)題。

2、為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)：

3、一種早強(qiáng)無(wú)機(jī)雙液漿加固材料，包括a組份和b組份，且所述a組份與b組分的質(zhì)量比為(8～30)：1；所述a組份包括硫鋁酸鈣、硫酸鈣和半水硫酸鈣，且所述硫鋁酸鈣、硫酸鈣和半水硫酸鈣的質(zhì)量比為100：(30～20)：(15～10)；所述b組份包括水、氯化鈉、鋁酸鈣和氯化鈣，且所述水、氯化鈉、鋁酸鈣和氯化鈣的質(zhì)量比為100：(40～20)：(25～15)：(20～10)。

4、本發(fā)明還具有以下技術(shù)特征：

5、具體的，所述早強(qiáng)無(wú)機(jī)雙液漿加固材料的凝固時(shí)間小于2.5min，1小時(shí)抗壓強(qiáng)度≥6mpa，28天抗壓強(qiáng)度≥28mpa。

6、本發(fā)明還保護(hù)上述早強(qiáng)無(wú)機(jī)雙液漿加固材料的制備方法，包括以下步驟：

7、步驟1、將配方量的硫鋁酸鈣、硫酸鈣和半水硫酸鈣混合，攪拌均勻后得到a組分；將配方量的水、氯化鈉、鋁酸鈣和氯化鈣混合，攪拌均勻后得到b組分；

8、步驟2、將a組分按0.5～0.3的水灰比配制成a組分漿液；

9、步驟3、將a組分與b組分漿液按(8～30)：1的質(zhì)量比混合均勻，即得；

10、其中，所述a組份包括硫鋁酸鈣、硫酸鈣和半水硫酸鈣，且所述硫鋁酸鈣、硫酸鈣和半水硫酸鈣的質(zhì)量比為100：(30～20)：(15～10)；所述b組份包括水、氯化鈉、鋁酸鈣和氯化鈣，且所述水、氯化鈉、鋁酸鈣和氯化鈣的質(zhì)量比為100：(40～20)：(25～15)：(20～10)。

11、本發(fā)明還保護(hù)上述早強(qiáng)無(wú)機(jī)雙液漿加固材料用于松軟煤層注漿加固的應(yīng)用。

12、作為優(yōu)選，所述應(yīng)用包括以下步驟：

13、步驟1、對(duì)注漿加固區(qū)域內(nèi)的巷幫煤壁表面進(jìn)行噴漿作業(yè)；

14、步驟2、在注漿加固區(qū)域內(nèi)工作面回風(fēng)巷一側(cè)的巷幫煤壁上開(kāi)設(shè)注漿鉆孔；

15、步驟3、對(duì)注漿鉆孔進(jìn)行封孔固管；采用早強(qiáng)無(wú)機(jī)雙液漿加固材料完成注漿作業(yè)。

16、更進(jìn)一步的，步驟1中噴漿作業(yè)的噴涂厚度為4～6mm。

17、更進(jìn)一步的，所述步驟2具體包括：在注漿加固區(qū)域內(nèi)的工作面回風(fēng)巷一側(cè)煤壁上沿回風(fēng)巷巷幫布設(shè)上排注漿鉆孔和下排注漿鉆孔，所述上排注漿鉆孔包括多個(gè)多個(gè)孔距為1～2m的第一注漿孔，所述下排注漿鉆孔均包括多個(gè)孔距為1～2m的第二注漿孔。

18、更進(jìn)一步的，所述第一注漿孔與巷頂?shù)木嚯x為0.8～1.5m，所述第二注漿孔與巷頂?shù)木嚯x為0.8～1.5m，且所述第一注漿孔與第二注漿孔沿工作面走向間隔交錯(cuò)排布。

19、更進(jìn)一步的，所述第一注漿孔為上揚(yáng)鉆孔，且第一注漿孔的仰角為20°～25°，所述第二注漿孔為直鉆孔，且第二注漿孔與巷幫煤壁垂直設(shè)置，所述第一注漿孔與第二注漿孔的設(shè)計(jì)深度均為5～6m。

20、本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下技術(shù)效果：

21、(ⅰ)本發(fā)明提供的早強(qiáng)無(wú)機(jī)雙液漿加固材料基于硫鋁酸鹽體系，借助石膏和半水石膏提升流動(dòng)度并改善基體強(qiáng)度，同時(shí)加入氯化鈉、鋁酸鈣及氯化鈣提高漿料的早期強(qiáng)度，作為加固材料具有優(yōu)異的快速加固能力，能夠大幅提高施工效率；a組分和b組分均無(wú)任何腐蝕性，兩者混合后反應(yīng)不會(huì)產(chǎn)生有毒有害氣體、不會(huì)產(chǎn)生靜電，混合后反應(yīng)最高溫度低于50℃，漿體凝固形成的結(jié)石體無(wú)可燃性。

22、(2)本發(fā)明提供的早強(qiáng)無(wú)機(jī)雙液漿加固材料的原料來(lái)源廣泛、無(wú)毒無(wú)害、與環(huán)境友好，符合綠色礦山的發(fā)展要求

23、(3)本發(fā)明提供的早強(qiáng)無(wú)機(jī)雙液漿加固材料可以用于松軟煤層注漿的加固作業(yè)，在應(yīng)用過(guò)程中，借助噴注一體式注漿加固工藝，有效填充了松軟煤層的原生和擾動(dòng)造成的裂隙，提升了煤壁的整體固結(jié)強(qiáng)度，有效解決了煤壁回采過(guò)程中的片幫問(wèn)題。

技術(shù)特征：

1.一種早強(qiáng)無(wú)機(jī)雙液漿加固材料，其特征在于，包括a組份和b組份，且所述a組份與b組分的質(zhì)量比為(8～30)：1；所述a組份包括硫鋁酸鈣、硫酸鈣和半水硫酸鈣，且所述硫鋁酸鈣、硫酸鈣和半水硫酸鈣的質(zhì)量比為100：(30～20)：(15～10)；所述b組份包括水、氯化鈉、鋁酸鈣和氯化鈣，且所述水、氯化鈉、鋁酸鈣和氯化鈣的質(zhì)量比為100：(40～20)：(25～15)：(20～10)。

2.如權(quán)利要求1所述的早強(qiáng)無(wú)機(jī)雙液漿加固材料，其特征在于，所述早強(qiáng)無(wú)機(jī)雙液漿加固材料的凝固時(shí)間小于2.5min，1小時(shí)抗壓強(qiáng)度≥6mpa，28天抗壓強(qiáng)度≥28mpa。

3.如權(quán)利要求1或權(quán)利要求2所述的早強(qiáng)無(wú)機(jī)雙液漿加固材料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

4.如權(quán)利要求1或權(quán)利要求2所述的早強(qiáng)無(wú)機(jī)雙液漿加固材料用于松軟煤層注漿加固的應(yīng)用。

5.如權(quán)利要求4所述的應(yīng)用，其特征在于，包括以下步驟：

6.如權(quán)利要求4所述的應(yīng)用，其特征在于，步驟1中噴漿作業(yè)的噴涂厚度為4～6mm。

7.如權(quán)利要求4所述的應(yīng)用，其特征在于，所述步驟2具體包括：在注漿加固區(qū)域內(nèi)的工作面回風(fēng)巷一側(cè)煤壁上沿回風(fēng)巷巷幫走向布設(shè)上排注漿鉆孔和下排注漿鉆孔，所述上排注漿鉆孔包括多個(gè)孔距為1～2m的第一注漿孔，所述下排注漿鉆孔均包括多個(gè)孔距為1～2m的第二注漿孔。

8.如權(quán)利要求4所述的應(yīng)用，其特征在于，所述第一注漿孔與巷頂?shù)木嚯x為0.8～1.5m，所述第二注漿孔與巷頂?shù)木嚯x為0.8～1.5m，且所述第一注漿孔與第二注漿孔沿工作面走向間隔交錯(cuò)排布。

9.如權(quán)利要求4所述的應(yīng)用，其特征在于，所述第一注漿孔為上揚(yáng)鉆孔，且第一注漿孔的仰角為20°～25°，所述第二注漿孔為直鉆孔，且第二注漿孔與巷幫煤壁垂直設(shè)置，所述第一注漿孔與第二注漿孔的設(shè)計(jì)深度均為5～6m。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明提供一種早強(qiáng)無(wú)機(jī)雙液漿加固材料、制備方法及應(yīng)用，材料包括A組份和B組份，且A組份與B組分的質(zhì)量比為(8～30)：1；A組份包括硫鋁酸鈣、硫酸鈣和半水硫酸鈣，且所述硫鋁酸鈣、硫酸鈣和半水硫酸鈣的質(zhì)量比為100：(30～20)：(15～10)；B組份包括水、氯化鈉、鋁酸鈣和氯化鈣，且水、氯化鈉、鋁酸鈣和氯化鈣的質(zhì)量比為100：(40～20)：(25～15)：(20～10)，本發(fā)明以硫鋁酸鹽體系為主要原料，借助石膏和半水石膏提升流動(dòng)度并改善基體強(qiáng)度，加入氯化鈉、鋁酸鈣及氯化鈣提高漿料的早期強(qiáng)度，得到流動(dòng)性強(qiáng)、親煤性好、固結(jié)強(qiáng)度高的加固材料，再將這種材料以噴注一體式注漿加固方式，通過(guò)噴漿、鉆孔施工、封孔固管、鉆孔注漿等工序應(yīng)用于松軟煤層的加固。

技術(shù)研發(fā)人員：張朋,王家樂(lè),周玥,王傳留,毛哲,趙坤,盧昌杰,黃瑩瑩
受保護(hù)的技術(shù)使用者：中煤科工西安研究院（集團(tuán)）有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/5/8