專利名稱：一種用于礦井凍結孔封孔的高性能注漿材料及制備方法
技術領域：
本發(fā)明屬于土木建筑材料類，涉及一種用于礦井凍結孔封孔的高性能注漿材料及制備方法。
背景技術：
近年來，隨著深層煤炭及各種礦體的開發(fā)，井筒深度不斷加大。為確保井筒安全順利施工，不少井筒采用一次凍全深的方法，將凍結深度延長到井筒底部IOm左右，對表土層和基巖一起凍結，為打干井創(chuàng)造條件，都取得了很好的效果。由于凍結管需穿過井底馬頭門等硐室，井筒到底后，凍結壁自然解凍，很有可能在凍結管壁后形成上、下串通的導水通道。 大量涌水和泥砂可能通過凍結管與圍巖間的環(huán)形空間涌入井底，嚴重時可能造成突水淹井事故。為了保證施工安全，防止突水淹井事故發(fā)生，應在凍結孔施工時采取一定措施，封堵凍結管與圍巖間的環(huán)形空間。目前一般的設計是對所有深孔凍結管壁后充填水泥漿，認為這樣在凍結壁解凍后對隔絕凍結管壁后上、下含水層串通有一定的效果。但傳統(tǒng)的水泥漿， 水膠比大、強度低、保水性差、易泌水，圍巖遇到注漿材料中泌出的大量水分后發(fā)生膨脹，圍巖的強度大大降低。且水泥漿凝固后體積要收縮15 %左右，在_35°C的環(huán)境下抗凍性和抗?jié)B性差，使其過早失去防水能力，達不到隔絕凍結管壁后上、下含水層串通的效果。因此，凍結孔封孔注漿材料在滿足施工流動性的前提下，不但需要一定的強度，還需要良好的抗泌水、凝結時間可調、微膨脹、抗收縮、高抗凍和抗?jié)B透性能、高耐久等特性。

發(fā)明內容
本發(fā)明目的在于提供一種用于礦井凍結孔封孔的新型高性能注漿材料及制備方法，該方法制備的凍結孔封孔注漿材料具有較高的強度，且流動性好和抗泌水性、凝結時間可調、抗收縮、高抗凍和抗?jié)B透性能、高耐久等特性。為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術方案是一種用于礦井凍結孔封孔的新型高性能注漿材料，其特征在于它有基體組分和外摻組分制備而成；基體組分由普通硅酸鹽水泥、 粉煤灰、礦粉、膨脹劑和水組成；外摻組分由奈系高效減水劑、葡萄糖酸鈉、三聚磷酸鈉、引氣劑組成。各組分的配比(kg / m3)為普通硅酸鹽水泥600-800,粉煤灰200-300,礦粉 200-300，膨脹劑=50-100,水=500-600,奈系高效減水劑5_6，葡萄糖酸鈉0. 35-0. 45，三聚磷酸鈉0. 35-0. 45，引氣劑0. 1-0. 15。進一步，所述所述普通硅酸鹽水泥的PO等級為42. 5，比表面積小于350m2 / kg。進一步，所述的粉煤灰為I級粉煤灰，密度為2. 4-2. 6 g / cm3。進一步，所述的礦粉比表面積為420-450 m2 / kg。進一步，所述的膨脹劑限制膨脹率不小于0. 025%。進一步，所述的奈系高效減水劑的減水率為20%以上，固態(tài)。進一步，所述的葡萄糖酸鈉為白色粉末，純度大于98%。
進一步，所述的三聚磷酸鈉為白色粉末，純度大于98%。進一步，所述的引氣劑為三萜皂甙粉。上述的用于礦井凍結孔封孔的新型高性能注漿材料的制備方法，其特征在于包括以下步驟
1)原材料選取各組分的配比(kg / m3)為普通硅酸鹽水泥600-800,粉煤灰 200-300，礦粉200-300，膨脹劑50_100，水500_600，奈系高效減水劑5_6，葡萄糖酸鈉 0. 35-0. 45，三聚磷酸鈉0. 35-0. 45，引氣劑0. 1-0. 15。2)將稱得的水泥、粉煤灰、礦粉、膨脹劑、水進行機械攪拌，攪拌時間為45秒，然后將稱得的奈系高效減水劑、葡萄糖酸鈉、三聚磷酸鈉、引氣劑加入，再攪拌45秒以上，得到礦井凍結孔封孔注漿材料。然后進行現(xiàn)場注漿。本發(fā)明的有益效果是采用的基本組分(水泥、粉煤灰、礦粉、膨脹劑、水)與外摻組分(奈系高效減水劑、葡萄糖酸鈉、三聚磷酸鈉、引氣劑)按照配合比制備而成，通過控制漿體的流動度(18-22cm)和1小時的流動度保留值(16-18 cm)滿足現(xiàn)場施工的要求；奈系高效減水劑、粉煤灰、礦粉、引氣劑實現(xiàn)高流動性、抗收縮、高抗凍和抗?jié)B透性能、高耐久的礦井凍結孔封孔注漿材料。本發(fā)明生產成本較低，克服現(xiàn)有凍結孔封孔材料收縮大，在負溫環(huán)境下抗凍性和抗?jié)B性差，且過早失去防水能力的缺點。
具體實施例方式實施例1
原材料的選取各組分的配比(kg / m3)為普通硅酸鹽水泥600，粉煤灰300，礦粉=300,膨脹劑100,水500,奈系高效減水劑6,葡萄糖酸鈉0. 35，三聚磷酸鈉0. 35， 引氣劑0. 1。備用；
所述的水泥為P042. 5的普通硅酸鹽水泥，比表面積小于350m2 / kg ；粉煤灰為I級粉煤灰，密度為2. 45 g / cm3;礦粉比表面積為430 m2 / kg ；膨脹劑限制膨脹率0. 028% ；奈系高效減水劑的減水率為22%，固態(tài)；葡萄糖酸鈉為白色粉末，純度大于98% ；三聚磷酸鈉為白色粉末，純度大于98% ；弓I氣劑為三萜皂甙粉。將稱得的水泥、粉煤灰、礦粉、膨脹劑、水進行機械攪拌，攪拌時間為45秒，然后將稱得的奈系高效減水劑、葡萄糖酸鈉、三聚磷酸鈉、引氣劑加入，再攪拌45秒以上，得到和易性好、性能優(yōu)異的礦井凍結孔封孔注漿材料。配合比見表1，注漿材料性能見表2。實施例2
原材料的選取各組分的配比(kg / m3)為普通硅酸鹽水泥700，粉煤灰250，礦粉250,膨脹劑75,水550,奈系高效減水劑5. 5，葡萄糖酸鈉0. 40，三聚磷酸鈉0. 40， 引氣劑0. 12。備用；
所述的水泥為P042. 5的普通硅酸鹽水泥，比表面積小于350m2 / kg ；粉煤灰為I級粉煤灰，密度為2. 5 g / cm3;礦粉比表面積為440 m2 / kg ；膨脹劑限制膨脹率0. 03% ；奈系高效減水劑的減水率為22%，固態(tài)；葡萄糖酸鈉為白色粉末，純度大于98% ；三聚磷酸鈉為白色粉末，純度大于98% ；弓I氣劑為三萜皂甙粉。
將稱得的水泥、粉煤灰、礦粉、膨脹劑、水進行機械攪拌，攪拌時間為45秒，然后將稱得的奈系高效減水劑、葡萄糖酸鈉、三聚磷酸鈉、引氣劑加入，再攪拌45秒以上，得到和易性好、性能優(yōu)異的礦井凍結孔封孔注漿材料。配合比見表1，注漿材料性能見表2。實施例3
原材料的選取各組分的配比(kg / m3)為普通硅酸鹽水泥800，粉煤灰200，礦粉:200，膨脹劑:50，水:600，奈系高效減水劑:5，葡萄糖酸鈉0. 45，三聚磷酸鈉0. 45，引氣劑0. 15。備用；
所述的水泥為P042. 5的普通硅酸鹽水泥，比表面積小于350m2 / kg ；粉煤灰為I級粉煤灰，密度為2. 5 g / cm3;礦粉比表面積為440 m2 / kg ；膨脹劑限制膨脹率0. 03% ；奈系高效減水劑的減水率為22%，固態(tài)；葡萄糖酸鈉為白色粉末，純度大于98% ；三聚磷酸鈉為白色粉末，純度大于98%;引氣劑為三萜皂甙粉。將稱得的水泥、粉煤灰、礦粉、膨脹劑、水進行機械攪拌，攪拌時間為45秒，然后將稱得的奈系高效減水劑、葡萄糖酸鈉、三聚磷酸鈉、引氣劑加入，再攪拌45秒以上，得到和易性好、性能優(yōu)異的礦井凍結孔封孔注漿材料。配合比見表1，注漿材料性能見表2。表1 實施例配合比(kg / m3)
權利要求
1.一種用于礦井凍結孔封孔的高性能注漿材料，其特征在于，該材料由基體組分和外摻組分制備而成；所述基體組分包括普通硅酸鹽水泥、粉煤灰、礦粉、膨脹劑和水；所述外摻組分包括奈系高效減水劑、葡萄糖酸鈉、三聚磷酸鈉和引氣劑；各組分的配比為普通硅酸鹽水泥600-800 kg / m3，粉煤灰200-300 kg / m3，礦粉 200-300 kg / m3，膨脹劑:50-100 kg / m3，水500-600 kg / m3，奈系高效減水劑:5_6 kg / m3，葡萄糖酸鈉:0. 35-0. 45 kg / m3，三聚磷酸鈉0. 35-0. 45 kg / m3，引氣劑:0. 1-0. 15 kg / m3。
2.根據權利要求1所述的所述一種用于礦井凍結孔封孔的高性能注漿材料，其特征在于所述普通硅酸鹽水泥的PO最低等級為42. 5，比表面積小于350m2 / kg。
3.根據權利要求1所述的所述一種用于礦井凍結孔封孔的高性能注漿材料，其特征在于所述的粉煤灰為I級粉煤灰，密度為2. 4-2. 6 g / cm3。
4.根據權利要求1所述的所述一種用于礦井凍結孔封孔的高性能注漿材料，其特征在于所述的礦粉比表面積為420-450 m2 / kg。
5.根據權利要求1所述的所述一種用于礦井凍結孔封孔的高性能注漿材料，其特征在于所述的膨脹劑限制膨脹率不小于0. 025%。
6.根據權利要求1所述的所述一種用于礦井凍結孔封孔的高性能注漿材料，其特征在于所述的奈系高效減水劑的減水率為20%以上，固態(tài)。
7.根據權利要求1所述的所述一種用于礦井凍結孔封孔的高性能注漿材料，其特征在于所述的葡萄糖酸鈉為白色粉末，純度大于98%。
8.根據權利要求1所述的所述一種用于礦井凍結孔封孔的高性能注漿材料，其特征在于所述的三聚磷酸鈉為白色粉末，純度大于98%。
9.根據權利要求1所述的所述一種用于礦井凍結孔封孔的高性能注漿材料，其特征在于所述的引氣劑為三萜皂甙粉。
10.根據權利要求1所述的所述用于礦井凍結孔封孔的高性能注漿材料的制備方法， 其特征在于包括以下步驟1)原材料選取各組分的配比為普通硅酸鹽水泥600-800kg / m3，粉煤灰200-300 kg / m3，礦粉200-300 kg / m3，膨脹劑50-100 kg / m3，水500-600 kg / m3，奈系高效減水劑:5-6 kg / m3，葡萄糖酸鈉:0. 35-0. 45 kg / m3，三聚磷酸鈉0. 35-0. 4 kg / m35，引氣劑:0. 1-0. 15 kg / m3 ；2)將稱得的水泥、粉煤灰、礦粉、膨脹劑、水進行機械攪拌，攪拌時間為45秒，然后將稱得的奈系高效減水劑、葡萄糖酸鈉、三聚磷酸鈉、引氣劑加入，再攪拌45秒以上，得到高性能注漿材料；然后進行現(xiàn)場注漿。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于礦井凍結孔封孔的高性能注漿材料及制備方法。一種用于礦井凍結孔封孔的新型高性能注漿材料，其特征在于它有基體組分和外摻組分制備而成；基體組分由普通硅酸鹽水泥、粉煤灰、礦粉、膨脹劑和水組成；外摻組分由奈系高效減水劑、葡萄糖酸鈉、三聚磷酸鈉、引氣劑組成。各組分的配比(kg/m3)為普通硅酸鹽水泥600-800，粉煤灰200-300，礦粉200-300，膨脹劑50-100，水500-600，奈系高效減水劑5-6，葡萄糖酸鈉0.35-0.45，三聚磷酸鈉0.35-0.45，引氣劑0.1-0.15。該方法制備的凍結孔封孔注漿材料具有強度高、流動性好和抗泌水性、抗收縮、高抗凍和抗?jié)B透性能等特點?？捎糜诘V井凍結孔封孔注漿。
文檔編號C04B28/04GK102351480SQ20111016598
公開日2012年2月15日 申請日期2011年6月20日 優(yōu)先權日2011年6月20日
發(fā)明者劉娟紅, 卞立波, 周曉敏, 宋少民, 王林, 紀洪廣 申請人:北京建筑工程學院, 北京科技大學