礦用快硬無機(jī)充填支護(hù)材料及其使用方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于礦用充填支護(hù)技術(shù)領(lǐng)域,具體涉及一種礦用快硬無機(jī)充填支護(hù)材料及其使用方法,主要應(yīng)用于煤礦通風(fēng)閉墻構(gòu)筑、巷道冒頂區(qū)處理,以及超高區(qū)域填充等工程。
【背景技術(shù)】
[0002]在煤礦巷道掘進(jìn)或使用過程中,由于頂板破碎或者受采動影響,巷道會發(fā)生冒頂或出現(xiàn)超高區(qū)域,目前主要采用高分子材料進(jìn)行注漿加固或充填,高分子材料成本較高,有毒、腐蝕性,且有水存在時極易發(fā)泡致使阻燃性降低,存在自燃風(fēng)險;另外,通風(fēng)閉墻是常見的通風(fēng)構(gòu)筑物之一,傳統(tǒng)閉墻構(gòu)筑方法主要包括磚砌、澆筑混凝土,以及水泥沙噴筑等方式,均存在材料運(yùn)輸量大,施工周期長,作業(yè)環(huán)境惡劣等問題,更重要的是墻體可變形量小,受采動影響后,受壓開裂,造成瓦斯泄漏,存在較大的安全隱患。
[0003]巷道冒頂區(qū)、超高區(qū)域充填和加固材料,以及閉墻構(gòu)筑材料等,由于其受力特性,均要求其具備良好的可壓縮特性、殘余強(qiáng)度較高,尤其是閉墻構(gòu)筑材料。對材料密度而言,巷道冒頂區(qū)、超高區(qū)域充填和加固材料應(yīng)該盡量低,最好不超過0.6t/m3,閉墻構(gòu)筑材料可適當(dāng)大一些。
[0004]CN102491690B公開了一種煤礦巷道高冒區(qū)充填材料,該材料采用珍珠巖作為骨料,以水泥作為膠結(jié)料,輔以減水劑、膨脹劑、速凝劑等添加劑,加水固結(jié)后形成輕質(zhì)不燃材料,起到填充作用。上述專利,雖然質(zhì)輕不燃,但存在施工工藝復(fù)雜,固化速度慢,強(qiáng)度低(3d強(qiáng)度僅有1.4MPa),壓縮率低(壓縮變形率為2%),殘余強(qiáng)度更低,脆性明顯等缺點(diǎn),且僅適合作為高冒區(qū)充填材料,難以起到支撐作用。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0005]針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題,本發(fā)明提供一種礦用快硬無機(jī)充填支護(hù)材料及其使用方法,本發(fā)明制備工藝簡單、施工方便,且制得的充填支護(hù)材料具有速凝、輕質(zhì)、早強(qiáng)、可壓縮性好、良好氣密性、施工方便等特點(diǎn),特別適用于礦山充填支護(hù)方面的無機(jī)材料。
[0006]為解決上述問題,本發(fā)明采用以下技術(shù)方案:
一種礦用快硬無機(jī)充填支護(hù)材料,它由組分A和組分B組成,所述組分A由以下重量份的原料組成:硫鋁酸鹽水泥熟料93-97份、XWZ-A型復(fù)合外加劑2-5份、引氣劑0.01-0.1份、加氣劑0.0-0.05份、穩(wěn)泡劑0.2-1.0份、纖維0.25-2份;所述組分B由以下重量份的原料組成:石膏75-88份、石灰10-25份、XWZ-B型復(fù)合外加劑2_5份、引氣劑0.01-0.1份、加氣劑0.0-0.05份、穩(wěn)泡劑0.2-1.0份、纖維0.25-2份。硫鋁酸鹽水泥熟料應(yīng)滿足國家標(biāo)準(zhǔn)《硫鋁酸鹽水泥》GB 20472-2006中附錄A的技術(shù)要求,XWZ-A型和XWZ-B型復(fù)合外加劑為自主研制的復(fù)合外加劑,具有減水、增稠、調(diào)凝的作用。
[0007]所述XWZ-A型復(fù)合外加劑由以下質(zhì)量百分?jǐn)?shù)的組分組成:減水劑15%、速凝劑45%、懸浮劑25%、緩凝劑15% ;所述XWZ-B型復(fù)合外加劑由以下質(zhì)量百分?jǐn)?shù)的組分組成:減水劑12%、速凝劑55%、懸浮劑8%、緩凝劑25%。
[0008]所述減水劑為萘系高效減水劑、密胺高效減水劑或聚羧酸系高效減水劑;所述速凝劑為偏鋁酸鈉、硫酸鈉或碳酸鈉;所述懸浮劑為羧甲基纖維素鈉、水溶性聚乙烯醇或輕丙基甲基纖維素;所述緩凝劑為葡萄糖酸鈉、硼砂或檸檬酸。
[0009]所述石膏為生石膏、和/或天然石膏、和/或煙氣脫硫石膏、和/或磷石膏,所述石膏的三氧化硫含量大于等于35%,自然含水率小于1%,比表面積大于200m2/kg。
[0010]所述石灰為生石灰、和/或消石灰,石灰的有效氧化鈣含量大于等于60%,含水率小于1%,比表面積大于200m2/kg。
[0011]所述引氣劑為表面活性劑,所述表面活性劑為松香樹脂類、和/或三萜皂苷、和/或十二烷基硫酸鈉、和/或a-烯烴磺酸鈉。
[0012]所述加氣劑為鋁粉,鋁粉應(yīng)滿足建材行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《加氣混凝土用鋁粉膏》JC/T407-2008中的水劑型鋁粉膏;所述穩(wěn)泡劑為三聚磷酸鈉、和/或六偏磷酸鈉。
[0013]所述纖維為木質(zhì)纖維、和/或聚丙烯纖維、和/或抗堿玻璃纖維。
[0014]一種礦用快硬無機(jī)充填支護(hù)材料的制備方法,包括以下步驟:
(1)將硫鋁酸鹽水泥熟料93-97份、XffZ-A型復(fù)合外加劑2-5份、引氣劑0.01-0.1份、加氣劑0.0-0.05份、穩(wěn)泡劑0.2-1.0份,加入試驗(yàn)?zāi)ブ蟹勰ゲ⒒靹颍缓蠹尤肜w維0.25-2份和A組分總重量0.8-2.0倍的水,得到漿液A ;
(2)將石膏75-88份、石灰10-25份、XWZ-B型復(fù)合外加劑2-5份、引氣劑0.01-0.1份、加氣劑0.0-0.05份、穩(wěn)泡劑0.2-1.0份加入試驗(yàn)?zāi)ブ蟹勰ゲ⒒靹?,加入纖維0.25-2份和B組分總重量0.8-2.0倍的水,得到漿液B ;
(3)將漿液A和漿液B按1:1體積比混合,通過雙液注漿泵進(jìn)行施工,所得材料凝結(jié)時間為30s~5min,5min~30min完全固化,硬化體容重為0.5-1.5g/cm3, 2h單軸抗壓強(qiáng)度為
1.31-8.86MPa,3d單軸抗壓強(qiáng)度為3.86-18.25MPa,可壓縮變形率為12.5-30%ο
[0015]一種礦用快硬無機(jī)充填支護(hù)材料的制備方法,包括以下步驟:
(1)將硫鋁酸鹽水泥熟料10000g,XffZ-A型復(fù)合外加劑400g,引氣劑5g,加氣劑3g,穩(wěn)泡劑50g,加入試驗(yàn)?zāi)ブ蟹勰ゲ⒒靹?,比表面積達(dá)到200m2/kg,然后加入10g纖維和9000g水,得到漿液A;
(2)將石膏8500g,生石灰1500g,XffZ-B型復(fù)合外加劑400g,引氣劑5g,加氣劑3g,穩(wěn)泡劑50g,加入試驗(yàn)?zāi)ブ蟹勰ゲ⒒靹颍缺砻娣e達(dá)到200m2/kg,加入10g纖維和9000g水,得到漿液B ;
(3)將漿液A和漿液B按1:1體積比混合,通過雙液注漿泵進(jìn)行施工,所得材料凝結(jié)時間為2min,8min完全固化,硬化體容重為1.40g/cm3, 2h單軸抗壓強(qiáng)度為5.37MPa,3d單軸抗壓強(qiáng)度為8.15MPa,可壓縮變形率為18%。
[0016]與現(xiàn)有技術(shù)相比,本發(fā)明的有益效果為:①本發(fā)明全部為無機(jī)材料組成,不自燃,無毒、無腐蝕性,且成本低廉;②本發(fā)明施工工藝簡便,按照不同配比,兩種漿液單獨(dú)存放硬化時間超過24h,混合后30s~5min失去流動性,5min~30min完全固化,硬化體容重為0.5-1.5t/m3,固結(jié)體可壓縮率變形率為12.5_30%,單液流動性好、雙液混合后硬化時間可調(diào),早期強(qiáng)度高,具有一定的可壓縮性,有利于在該領(lǐng)域內(nèi)的推廣應(yīng)用,且充填固結(jié)體密度、強(qiáng)度等調(diào)節(jié)方便,能夠滿足不同工程需要;③本發(fā)明制得的充填支護(hù)材料具有速凝、輕質(zhì)、快硬、早強(qiáng)、可壓縮性好、殘余強(qiáng)度高、良好氣密性等特點(diǎn),較為適合采空區(qū)通風(fēng)閉墻、巷道冒頂區(qū)等受壓較大且需要良好密閉作用的構(gòu)筑工程,特別適用于礦山充填支護(hù)方面;④本發(fā)明制得的充填支護(hù)材料能夠快速固化,從而簡化充填工藝,節(jié)省材料、還可以降低充填模板強(qiáng)度要求,很好的起到支撐作用,且能夠滿足工程時效性需要;⑤應(yīng)采用泵送方式施工,材料消耗量小,且能夠采用遠(yuǎn)距離泵送方式,可以減少材料運(yùn)輸工作,改善作業(yè)環(huán)境,降低工人勞動強(qiáng)度;應(yīng)采用雙液泵送方式,解決了漿液的遠(yuǎn)距離泵送和快速凝固之間的矛盾,即兩種漿料在混合強(qiáng)應(yīng)有足夠的存放時間,通過混合器混合后,在較短時間內(nèi)快速固化。
【附圖說明】
[0017]圖1為本發(fā)明實(shí)施例1施工結(jié)構(gòu)示意圖。
[0018]圖2為本發(fā)明實(shí)施例2施工結(jié)構(gòu)示意圖。
[0019]圖3為本發(fā)明實(shí)施例3施工結(jié)構(gòu)示意圖。
[0020]圖4為本發(fā)明產(chǎn)品的性能測試圖。
【具體實(shí)施方式】
[0021]實(shí)施例1
如圖1和圖4所示,本實(shí)施例礦用快硬無機(jī)充填支護(hù)材料,它由組分A和組分B組成,所述組分A由以下原料組成:硫鋁酸鹽水泥熟料9700g、XWZ-A型復(fù)合外加劑300g、AH-l型引氣劑3g、鋁粉2g、三聚磷酸鈉50g、聚丙烯纖維90g,其中XWZ-A型復(fù)合外加劑包括萘系高效減水劑45g、偏鋁酸鈉135g、羧甲基纖維素鈉75g、葡萄糖酸鈉45g ;組分B由以下原料組成:石膏8000g、生石灰1700g、XWZ-B型復(fù)合外加劑300g、十二烷基硫酸鈉3g、鋁粉2g、六偏磷酸鈉50g、抗堿玻璃纖維90g,其中XWZ-B型復(fù)合外加劑包括密胺高效減水劑36 g、檸檬酸75g、水溶性聚乙烯醇24 g、硫酸鈉165 go
[0022]本實(shí)施例礦用快硬無機(jī)充填支護(hù)材料的制備方法,包括以下步驟:
(1)將硫鋁酸鹽水泥熟料9700g、XffZ-A型復(fù)合外加劑300g、AH-1型引氣劑3g、鋁粉2g、三聚磷酸鈉50g加入試驗(yàn)?zāi)ブ蟹勰ゲ⒒旃矗缺砻娣e達(dá)到200m2/kg,然后加入聚丙稀纖維90g和IlOOOg水,得到漿液A ;其中XWZ-A型復(fù)合外加劑包括萘系高效減水劑45g、偏鋁酸鈉135g、羧甲基纖維素鈉75g、葡萄糖酸鈉45g ;
(2)將石膏8000g、生石灰1700g、XffZ-B型復(fù)合外加劑300g、十二烷基硫酸鈉3g、鋁粉2g、六偏磷酸鈉50g加入試驗(yàn)?zāi)ブ蟹勰ゲ⒒靹?,比表面積達(dá)到200m2/kg,然后加入抗堿玻璃纖維90g和IlOOOg水,得到漿液B ;其中XWZ-B型復(fù)合外加劑包括密胺高效減水劑36 g、檸檬酸75g、水溶性聚乙烯醇24 g、硫酸鈉165 g ;
(3)將漿液A和漿液B按1:1體積比混合,通過雙液注漿泵進(jìn)行施工,所得材料凝結(jié)時間為1.5min,5min完全固化,硬化體容重為1.31g/cm3, 2h單軸抗壓強(qiáng)度為3.3IMPa, 3d單軸抗壓強(qiáng)度為4.86MPa,7d即可達(dá)到最終強(qiáng)度的80%,14d可達(dá)最終強(qiáng)度6.35MPa,可壓縮變形率為18%。
[0023]如圖1所示,本實(shí)施例中第一料桶I中的漿液A和第二料桶2中的漿液B分別通過第一吸漿管3和第二吸漿管4送入雙液注漿泵5,雙液注漿泵分別通過第一輸漿管6和第二輸漿管7遠(yuǎn)距離泵送,在充填地點(diǎn)通過混合器8和混合管9混合后,經(jīng)灌漿管10灌注入閉墻構(gòu)筑模板11充填空間內(nèi)形成充填固結(jié)體12,即可快速固化形成通風(fēng)閉墻13,材料固化過程中反應(yīng)溫度不超過55 °C。
[0024]這種方式構(gòu)筑通風(fēng)閉墻具備施工工藝簡單,材料運(yùn)輸量小,勞動強(qiáng)度低;構(gòu)筑的墻體具備良好的可壓縮性,殘余強(qiáng)度較高,有效防止受壓開裂導(dǎo)致瓦斯泄漏或漏風(fēng)隱患。
[0025]實(shí)施例2
如圖2和圖4所示,本實(shí)施例礦用快硬無機(jī)充填支護(hù)材料,它由組分A和組分B組成,所述組分A由以下原料組成:硫鋁酸鹽水泥熟料9600g、XWZ-A型復(fù)合外加劑400g、AH-l型引氣劑4g、六偏磷酸鈉20g、木質(zhì)纖維50g,其中XWZ-A型復(fù)合外加劑包括密胺高效減水劑60g、硫酸鈉180g、羥丙基甲基纖維素100g、檸檬酸60g ;組分B由以下原料組成:煙氣脫硫石膏8500g、生石灰llOOg、XffZ-B型復(fù)合外加劑400g、a-稀徑磺酸鈉4g、三聚磷酸鈉20g、抗堿玻璃纖維50g,其中XWZ-B型復(fù)合外加劑包括聚羧酸系高效減水劑48g、檸檬酸100g、羧甲基纖維素鈉32 g、碳酸鈉220 go
[0026]本實(shí)施例礦用快硬無機(jī)充填支護(hù)材料的制備方法,包括以下步驟:
(1)將硫鋁酸鹽水泥熟料9600g