一種利用礦井涌水制備煤層底板防水注漿材料及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種利用礦井涌水制備的煤層底板防水注漿材料及其制備方法，包括：A組分和B組分兩部分、或A組分、B組分和C組分三部分或B組分和D組分兩部分。A組分為普通粘土和純粘土礦物，B組分為濃縮的礦井涌水和生石灰，C組分為普通硅酸鹽水泥和水玻璃，D組分為普通硅酸鹽水泥。將A組分材料、或A組分和C組分材料、或D組分材料與B組分在工藝條件下混合制備防水注漿材料，將礦井涌水廢物利用，減少了排水費用和環(huán)境污染；避免或降低了化學(xué)添加劑使用量，有效控制了漿液成本，提高了注漿的效率，提高了強度和防滲效果；注入地層后對地下環(huán)境污染小。
【專利說明】一種利用礦井涌水制備煤層底板防水注漿材料及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及礦井水文地質(zhì)領(lǐng)域，尤其涉及利用礦井涌水制備煤層底板防水注漿材料的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]我國華北地區(qū)煤礦開采普遍受到煤層底板的承壓含水層突水威脅，通常需要在采煤工作面開采前對煤層底板地層進行注漿防滲、防突改造。常規(guī)注漿的材料多選用水泥、粘土或兩者混合為主的漿液。其中，為進一步提高粘土漿液注入后的強度和防滲效果，常在粘土為主的漿液中加入化學(xué)改性劑來提高相關(guān)性能。然而，加入化學(xué)改性劑必然使得注漿材料的綜合造價顯著提高，且存在對注入地層的污染的可能；當(dāng)?shù)装逄烊环浪畻l件更差時，會在粘土注漿材料中加入水泥或采用水泥單漿液，而為進一步提高水泥漿液或粘土水泥漿液的凝結(jié)速度和早期強度會在漿液中加入化學(xué)改性劑來提高相關(guān)性能。同樣，加入水泥和化學(xué)改性劑必然使得注漿材料的綜合造價顯著提高，且存在對注入地層的污染的可能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的在于解決上述技術(shù)問題，提供一種利用礦井涌水制備煤層底板防水注漿材料的方法。
[0004]本發(fā)明的目的是通過下述技術(shù)方案來實現(xiàn)的。
[0005]根據(jù)本發(fā)明的一種實施例，一種利用礦井涌水制備的煤層底板防水注漿材料，包括下述質(zhì)量分數(shù)的原料:
[0006]包括A組分和B組分兩部分:
[0007]A組分:普通粘土和純粘土礦物0.8~1.2 ;
[0008]B組分:濃縮的礦井涌水和生石灰1;
[0009]所述A組分中普通粘土占A組分重量的80~100%,純粘土礦物為膨潤土，占A組分重量的O~20% ；
[0010]所述B組分中濃縮的礦井涌水占B組分重量的90~100%,生石灰占B組分重量的O~10%。
[0011]該實施例的利用礦井涌水制備的煤層底板防水注漿材料的制備方法，包括下述步驟:
[0012]1) A組分的制備
[0013]a)將普通粘土振動除砂，去除大部分的砂粒；
[0014]b)按照重量百分比為80~100%普通粘土加入O~20%粘土礦物膨潤土的比例加入粘土礦物膨潤土，攪拌均勻，使得A組分中的粘粒含量達到40%以上；
[0015]2) B組分的制備
[0016]a)選定富鈣的礦井涌水，將選定的礦井涌水在常壓下加熱，使得礦井涌水濃縮至原重量的10~30% ;
[0017]b)按照重量百分比為90~100%濃縮礦井涌水添加O~10%生石灰的比例加入生石灰，使得B組分的pH值達到8~10 ;
[0018]3)防水注漿材料的制備
[0019]將A組與B組分按照質(zhì)量比為0.8:1~1.2:1充分攪拌混合后，在15~25°C條件下密封靜置3~7天后制作成粘土漿液，粘土漿液使用時再進行一次攪拌后注入目標地層。
[0020]上述所選定的礦井涌水中Ca2+離子的含量大于1000mg/L ;所述將選定的礦井涌水在常壓下加熱的溫度為50~60°C。
[0021]根據(jù)本發(fā)明的另一種實施例，一種利用礦井涌水制備的煤層底板防水注漿材料，包括下述質(zhì)量分數(shù)的原料:
[0022]包括A組分、B組分和C組分三部分:
[0023]A組分:普通粘土和純粘土礦物0.8~1.2 ;
[0024]B組分:濃縮的礦井涌水和生石灰I;
[0025]C組分:普通硅酸鹽水泥和水玻璃 0.8~1.2:0.15~0.3 ;
[0026]所述A組分中普通粘土占A組分重量的85~100%，純粘土礦物為膨潤土，占A組分重量的O~15% ；
[0027]所述B組分中濃縮的礦井涌水占B組分重量的95~100%,生石灰占B組分重量的O~5% ;
[0028]所述C組分中普通硅酸鹽水泥占C組分質(zhì)量的85 %~95 %，水玻璃占C組分質(zhì)量的5%~15%。
[0029]對應(yīng)該實施例利用礦井涌水制備的煤層底板防水注漿材料的制備方法，包括下述步驟:
[0030]I) A組分的制備
[0031 ] a)將普通粘土振動除砂，去除大部分的砂粒；
[0032]b)按照重量百分比為85~100%普通粘土加入O~15%粘土礦物膨潤土的比例加入粘土礦物膨潤土，攪拌均勻，使得A組分中的粘粒含量達到35%以上； [0033]2) B組分的制備
[0034]a)選定富鈣、富S042_+Cr的礦井涌水，將選定的礦井涌水在常壓下加熱，使得礦井涌水濃縮至原重量的10~30% ；
[0035]b)按照重量百分比為95~100%濃縮礦井涌水添加O~5%生石灰的比例加入生石灰，使得B組分的pH值達到7.5~10 ;
[0036]3)防水注漿材料的制備
[0037]將A組分與B組分按照質(zhì)量比為0.8:1~1.2:1充分攪拌混合后，在15~25°C條件下密封靜置3~7天后制作成粘土漿液；粘土漿液再加入C組分，A組分與C組分按質(zhì)量比1:0.15~1:0.3與粘土漿液進行混合，粘土漿液使用時再進行一次攪拌后注入目標地層。
[0038]上述所選定富鈣、富S042_+C1_的礦井涌水，其中選定的礦井涌水中Ca2+離子的含量大于1000mg/L，且S042_+C1_離子的含量大于1000mg/L ;所述將選定的礦井涌水在常壓下加熱的溫度為50~60°C。[0039]根據(jù)本發(fā)明再一種實施例，一種利用礦井涌水制備的煤層底板防水注漿材料，包括下述質(zhì)量分數(shù)的原料:
[0040]包括B組分和D組分兩部分:
[0041]B組分:濃縮的礦井涌水0.8~1.2 ;
[0042]D組分:普通硅酸鹽水泥I。
[0043]對應(yīng)該實施例的利用礦井涌水制備的煤層底板防水注漿材料的制備方法，包括下述步驟:
[0044]1)B組分的制備
[0045]選定富S042_+Cr的礦井涌水，將選定的礦井涌水在常壓下加熱，使得礦井涌水濃縮至原重量的10~30% ;
[0046]2)防水注漿材料的制備
[0047]將B組分與D組分按照質(zhì)量比為0.8:1~1.2:1充分攪拌混合后，注入目標地層。
[0048]上述選定的礦井涌水中S042_+C1_離子的含量大于1000mg/L ;所述將選定的礦井涌水在常壓下加熱的溫度為50~60°C。
[0049]與現(xiàn)有技術(shù)相比 ，本發(fā)明的有益效果在于:
[0050]I)利用礦井涌水配制煤層底板防水注漿材料，避免或降低了化學(xué)添加劑使用量，有效控制了漿液成本；
[0051]2)將礦井涌水廢物利用，減少了排水費用和環(huán)境污染；
[0052]3)利用礦井涌水改性的粘土漿液，提高了強度和防滲效果；
[0053]4)利用礦井涌水改性的水泥漿液或粘土水泥漿液縮短了凝結(jié)時間和增大了早期強度，提高了注漿的效率；
[0054]5)利用礦井涌水中的懸浮的巖粉、矸石粉、粉煤灰等提高了水泥漿液的后期強度和水穩(wěn)性；
[0055]6)配制漿液的材料很大程度為天然礦物成分，注入地層后對地下環(huán)境污染小。【具體實施方式】
[0056]下面將結(jié)合具體實施例來詳細說明本發(fā)明，在此本發(fā)明的示意性實施例以及說明用來解釋本發(fā)明，但并不作為對本發(fā)明的限定。
[0057]第一種實施方式:
[0058]本發(fā)明所述的利用注漿材料，包括A、B兩部分組成，其中A組分包括普通粘土和純粘土礦物；B組分包括濃縮的礦井涌水和生石灰，A組與B組按質(zhì)量比0.8:1~1.2:1進行混合使用。
[0059]A組分中普通粘土占A組分重量的80~100%，純粘土礦物為膨潤土，占A組分重量的O~20%。B組分中濃縮的礦井涌水占B組分重量的90~100%,生石灰占B組分重量的O~10%。
[0060]A組分制備方法是將普通粘土振動除砂，去除大部分的砂粒，然后可加入粘土礦物(膨潤土)攪拌均勻，使得A組分中的粘粒含量達到40%以上。
[0061]B組分制備方法是選定富鈣的礦井涌水，其中選定的礦井涌水中Ca2+離子的含量大于1000mg/L，將選定的礦井涌水在常壓下加熱到50~60°C，使得礦井涌水濃縮至原重量的10~30%，然后可添加生石灰，使得B組分的pH值達到8~10。
[0062]A組與B組分按照質(zhì)量比0.8:1~1.2:1充分攪拌混合后，在15~25°C條件下密封靜置3~7天后制作成粘土漿液，粘土漿液使用時再進行一次攪拌后注入目標地層。
[0063]實施例1:
[0064]A組分選用普通粘土 1600g(粘粒占43% )，B組分為濃縮的礦井涌水1800g，該濃縮的礦井涌水由天然礦井涌水(初始Ca2+離子含量為1132mg/L)在常壓下加熱到60°C濃縮至原重量30%制取，加入200g生石灰，調(diào)至B組分pH值為9.6。將A組分與B組分按
0.8:1重量比混合攪拌均勻，在15°C條件下密封靜置3天，并制作成土樣通過南55型滲透儀和常規(guī)直剪儀測定土樣的滲透系數(shù)和粘聚力。漿液使用時，將混合漿液再次攪拌后注入目標地層。
[0065]實施例2:
[0066]A組分選用普通粘土 1920g,外混合480g膨潤土(混合后粘粒占53% )。B組分為濃縮的礦井涌水1800g，該濃縮的礦井涌水由天然礦井涌水(初始Ca2+離子含量為1132mg/L)在常壓下加熱到55°C濃縮至原重量20%制取，加入200g生石灰，調(diào)至B組分pH值為
8.8。將A組分與B組分按1.2:1重量比混合攪拌均勻，在20°C條件下密封靜置7天，并制作成土樣通過南55型滲透儀和常規(guī)直剪儀測定土樣的滲透系數(shù)和粘聚力。漿液使用時，將混合漿液再次攪拌后注入目標地層。
[0067]實施例3:
[0068]A組分選用普通粘土 1800g，外混合200g膨潤土(混合后粘粒占50 % )。B組分為濃縮的礦井涌水2000g，該濃縮的礦井涌水由天然礦井涌水(初始Ca2+離子含量為1132mg/L)在常壓下加熱到50°C濃縮至原重量10%制取，B組分pH值為8.3。將A組分與B組分按1:1重量比混合攪拌均勻，在25°C條件下密封靜置5天，并制作成土樣通過南55型滲透儀和常規(guī)直剪儀測定土樣的滲透系數(shù)和粘聚力。漿液使用時，將混合漿液再次攪拌后注入目標地層。
[0069]對比例:
[0070]A組分選用普通粘土 2000g(粘粒占43% )。B組分為去離子水2000g。將A組分與B組分按1:1重量比混合攪拌均勻，在15°C條件下密封靜置7天，并制作成土樣通過南55型滲透儀和常規(guī)直剪儀測定土樣的滲透系數(shù)和粘聚力。
[0071 ] 上述4個實施例的測試結(jié)果如下表1所示:
[0072]表1
[0073]
【權(quán)利要求】
1.一種利用礦井涌水制備的煤層底板防水注漿材料，其特征在于，該材料包括下述質(zhì)量分數(shù)的原料: 包括A組分和B組分兩部分: A組分:普通粘土和純粘土礦物0.8~1.2 ; B組分:濃縮的礦井涌水和生石灰I ; 所述A組分中普通粘土占A組分重量的80~100%，純粘土礦物為膨潤土，占A組分重量的O~20% ; 所述B組分中濃縮的礦井涌水占B組分重量的90~100%,生石灰占B組分重量的O~10%。
2.—種權(quán)利要求1所述的利用礦井涌水制備的煤層底板防水注漿材料的制備方法，其特征在于，該方法包括下述步驟: 1)A組分的制備 a)將普通粘土振動除砂,去除大部分的砂粒； b)按照重量百分比為80~100%普通粘土加入O~20%粘土礦物膨潤土的比例加入粘土礦物膨潤土，攪拌均勻，使得A組分中的粘粒含量達到40%以上； 2)B組分的制 備 a)選定富鈣的礦井涌水，將選定的礦井涌水在常壓下加熱，使得礦井涌水濃縮至原重量的10~30% ； b)按照重量百分比為90~100%濃縮礦井涌水添加O~10%生石灰的比例加入生石灰，使得B組分的pH值達到8~10 ; 3)防水注漿材料的制備 將A組與B組分按照質(zhì)量比為0.8:1~1.2:1充分攪拌混合后，在15~25°C條件下密封靜置3~7天后制作成粘土漿液，粘土漿液使用時再進行一次攪拌后注入目標地層。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的利用礦井涌水制備的煤層底板防水注漿材料的制備方法，其特征在于，所述選定的礦井涌水中Ca2+離子的含量大于1000mg/L ;所述將選定的礦井涌水在常壓下加熱的溫度為50~60°C。
4.一種利用礦井涌水制備的煤層底板防水注漿材料，其特征在于，該材料包括下述質(zhì)量分數(shù)的原料: 包括A組分、B組分和C組分三部分: A組分:普通粘土和純粘土礦物0.8~1.2 ; B組分:濃縮的礦井涌水和生石灰I ; C組分:普通硅酸鹽水泥和水玻璃 0.8~1.2:0.15~0.3 ; 所述A組分中普通粘土占A組分重量的85~100%，純粘土礦物為膨潤土，占A組分重量的O~15% ； 所述B組分中濃縮的礦井涌水占B組分重量的95~100%,生石灰占B組分重量的O~5% ； 所述C組分中普通硅酸鹽水泥占C組分質(zhì)量的85%~95%，水玻璃占C組分質(zhì)量的5%~15%。
5.一種權(quán)利要求4所述的利用礦井涌水制備的煤層底板防水注漿材料的制備方法，其特征在于，該方法包括下述步驟: 1)A組分的制備 a)將普通粘土振動除砂,去除大部分的砂粒； b)按照重量百分比為85~100%普通粘土加入O~15%粘土礦物膨潤土的比例加入粘土礦物膨潤土，攪拌均勻，使得A組分中的粘粒含量達到35 %以上； 2)B組分的制備 a)選定富鈣、富S042_+Cr的礦井涌水，將選定的礦井涌水在常壓下加熱，使得礦井涌水濃縮至原重量的10~30% ； b)按照重量百分比為95~100%濃縮礦井涌水添加O~5%生石灰的比例加入生石灰，使得B組分的pH值達到7.5~10 ; 3)防水注漿材料的制備 將A組分與B組分按照質(zhì)量比為0.8:1~1.2:1充分攪拌混合后，在15~25°C條件下密封靜置3~7天后制作成粘土漿液；粘土漿液再加入C組分，A組分與C組分按質(zhì)量比1:0.15~1:0.3與粘土漿液進行混合，粘土漿液使用時再進行一次攪拌后注入目標地層。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的利用礦井涌水制備的煤層底板防水注漿材料的制備方法，其特征在于，所述選定富 鈣、富SO/-+C1-的礦井涌水，其中選定的礦井涌水中Ca2+離子的含量大于1000mg/L，且S042_+C1_離子的含量大于1000mg/L ;所述將選定的礦井涌水在常壓下加熱的溫度為50~60°C。
7.一種利用礦井涌水制備的煤層底板防水注漿材料，其特征在于，該材料包括下述質(zhì)量分數(shù)的原料: 包括B組分和D組分兩部分: B組分:濃縮的礦井涌水0.8~1.2 ; D組分:普通硅酸鹽水泥I。
8.—種權(quán)利要求7所述的利用礦井涌水制備的煤層底板防水注漿材料的制備方法，其特征在于，該方法包括下述步驟: 1)B組分的制備 選定富so42_+cr的礦井涌水，將選定的礦井涌水在常壓下加熱，使得礦井涌水濃縮至原重量的10~30% ; 2)防水注漿材料的制備 將B組分與D組分按照質(zhì)量比為0.8:1~1.2:1充分攪拌混合后，注入目標地層。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的利用礦井涌水制備的煤層底板防水注漿材料的制備方法，其特征在于，所述選定的礦井涌水中S042_+C1_離子的含量大于1000mg/L ;所述將選定的礦井涌水在常壓下加熱的溫度為50~60°C。
【文檔編號】C04B111/27GK104030659SQ201410260529
【公開日】2014年9月10日 申請日期:2014年6月12日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月12日
【發(fā)明者】李濤, 王蘇健, 鄧增社, 陳通, 馮海, 高穎, 王悅, 馮潔, 薛衛(wèi)峰, 安秀煜 申請人:陜西煤業(yè)化工技術(shù)研究院有限責(zé)任公司