高性能无机-有机复合注浆材料研究

• 作者: 帅波 张海波 徐驰 李海艳 杨政鹏 狄红丰 王国普 管学茂 路建军
• 来源期刊: 煤炭学报
• 学科: 工学
• 关键词: 千米深井 微纳米注浆材料 纳米增强 有机调节剂 黏结强度
• 年，卷（期）: 2020,（3）
• 页码范围: 902-910
• 页数: 9页
• 分类号: TD353
• 字数: 4581字
• 语种: 中文

摘要

针对千米深井巷道围岩大变形控制难题,提出了支护-改性-卸压“三位一体”协同控制技术,其中要求注浆改性材料具有“高渗透、高强度、高黏结”性能.“高渗透”可以通过减小粒度、增加界面润湿性来实现;“高强度”可以通过优选快速水化矿物,添加纳米增强材料来实现;“高黏结”可以通过添加有机调节剂,增加界面润湿并形成强化学键来实现.本文以超细化的硫铝酸盐水泥熟料、石膏、石灰为主要原料,通过优化配比研发了无机注浆材料,材料粒径D95 ＜7.0 μm,最佳配比为硫铝酸盐水泥熟料、石膏、石灰质量比5∶4∶1;合成了纳米锂铝类水滑石增强材料,具有锂离子增强和纳米晶核诱导结晶双重协同增强作用,当掺量为无机注浆材料质量的2％时,抗压强度提高145％,达到12.3 MPa;采用“一锅法”合成了两亲性有机调节剂,掺量为无机注浆材料质量的3％时,可以将水与煤表面接触角从72.80°减小到19.23°,并在注浆材料与裂隙表面间形成氢键作用,显著改善界面润湿性,增加界面黏接强度.以无机注浆材料、纳米锂铝类水滑石、有机调节剂按95％,2％,3％的质量百分比混合制备了微纳米注浆材料,材料初、终凝时间分别为8.0,13.0 min,2h抗压强度为10.2 MPa,煤的黏结强度大于煤自身拉伸断裂强度.微纳米注浆材料在口孜东矿进行了超前注浆应用,可以良好注入10 μm开度的裂隙,与裂隙表面结合紧密,锚杆拉拔力由注浆加固前的37 kN提高到注浆后的145 kN.