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