專(zhuān)利名稱(chēng)：井下充填及注漿材料的制作方法
一種新型的宜于泵送的水泥混合材料，主要用于井下充填和注漿加固圍巖。包括巷道，巷旁充填、巷道支架壁后充填、冒落孔洞充填、井筒壁后充填，因開(kāi)采影響而需進(jìn)行的充填、構(gòu)筑防滅火隔墻以及圍巖加固等。
關(guān)于充填材料的研究，英國(guó)最具有代表性，曾先后發(fā)展了低水充填材料和高水充填材料。低水充填材料因加入水量少，適宜風(fēng)力輸送;高水材料加水量多，適宜水力輸送(泵送)。他們研究出的低水充填材料主要采用普通波特蘭水泥，加入速凝劑或固化劑，用煤矸石碎塊、粉煤灰、煤粉作為集料構(gòu)成，其主要缺點(diǎn)是早期強(qiáng)度偏低，加水量少，水體積一般只占總體積的55%以下。當(dāng)加水量增大時(shí)，材料強(qiáng)度迅速下降而且難以凝固，因而要求嚴(yán)格控制加水量。英國(guó)研究出的高水充填材料有Aquapack材料(專(zhuān)利號(hào)GB2033367A、GB2058037A)、Tekpack材料(專(zhuān)利號(hào)GB2123808A)、TekpackXX、HydropacK材料等，目前大量使用的是TekpackXX.Aquapack材料以波特蘭水泥為基材，加入高鋁水泥(主要為鋁酸鈣成分)與硫酸鈣混合而成，這種材料用量為500kg/m3時(shí)，水用量為800～860kg/m3;Tekpack材料和TekpackXX以高鋁水泥為基材，加入硫酸鈣及氧化鈣或氫氧化鈣混合而成，這種材料用量為364kg/m3時(shí)，水用量為910～920kg/m3;Hydropack材料則以一種特種水泥(含有硫鋁酸鈣3CaO·3Al2O3·CaSO4、鋁酸鈣CaO·2Al2O3兩種主要成分)為基材，加入硫酸鈣及氧化鈣或氫氧化鈣混合而成，在材料用量為350kg/m3時(shí)，水用量為920kg/m3.Aguapack、Tekpack、TekpackXX材料要求高鋁水泥中含有較多的鋁酸鈣組分，而且它們與Hydropack材料一樣，要求惰性硅鋁酸二鈣2CaO·Al2O3·SiO2含量極低，因而對(duì)燒成水泥所需鋁礬土品位要求很高，原料、燃料、燒成工藝要求很?chē)?yán)，增加了材料成本，而且原料來(lái)源不廣、不利于推廣。另外Aguapack、TekpacK、TekpackXX材料配比不當(dāng)時(shí)，水化過(guò)程中產(chǎn)生的Ca(OH)2都可使高鋁水泥瞬凝，嚴(yán)重影響材料的強(qiáng)度，故這兩種材料要求配料嚴(yán)格，對(duì)各組分的礦物成分含量要求嚴(yán)格。
鑒于已有的各種充填材料所存在的種種不足，本發(fā)明的目的是研究一種原材料來(lái)源廣、成本低、易制成和操作、且強(qiáng)度性能好的，特別適用于井下充填和圍巖加固的宜泵送充填及注漿材料。
本發(fā)明采用低品位鋁礬土燒成的硫鋁酸鹽水泥(或水泥熟料)作為基材研究成的充填及注漿材料，克服了原有的各種充填材料的各種不足。本發(fā)明通過(guò)調(diào)整鈣礬石生成漿液中的Al2O3、CaO、SO3濃度，以達(dá)到材料凝結(jié)硬化前最大限度地生成鈣礬石，硬化后生成少量鈣礬石。通過(guò)改善β-2CaO·SiO2的水化環(huán)境，促使其較快地水化，最后形成以鈣礬石結(jié)晶為主體的，并有CaO·SiO2·nH2O、Al2O3·3H2O凝膠或3CaO·Al2O3·6H2O、CaO·Al2O3·10H2O等礦物填充于其間，使材料內(nèi)部結(jié)構(gòu)密實(shí)而提高強(qiáng)度。該材料中水所占體積比達(dá)60%以上，適宜泵送?？墒褂迷鼭{泵(含泥漿泵、砂漿泵)輸送。該種充填材料包含以下各種成分
1.水泥混合物各組分及含量比(1).硫鋁酸鹽水泥(或水泥熟料)。包括硫鋁酸鹽早強(qiáng)水泥、硫鋁酸鹽膨脹水泥、硫鋁酸鹽自應(yīng)力水泥。
(2).普通水泥或鋁酸鹽水泥。其中普通水泥包括普通硅酸鹽水泥、礦渣硅酸鹽水泥、硅酸鹽水泥、粉煤灰硅酸鹽水泥、抗硫酸硅酸鹽水泥。鋁酸鹽水泥包括高鋁水泥、鋁酸鹽膨脹水泥、鋁酸鹽自應(yīng)力水泥、石膏礬土膨脹水泥。普通水泥或鋁酸鹽水泥的加量占硫鋁酸鹽水泥(或水泥熟料)重量的5～100%。
(3).硫酸鈣。可采用半水石膏、二水石膏、無(wú)水石膏的一種或其中幾種混合石膏來(lái)提供。其加量占硫鋁酸鹽水泥(或水泥熟料)重量的2～40%。
(4).氧化鈣或氫氧化鈣。采用石灰即可，其加量占硫鋁酸鹽水泥(或水泥熟料)重量的0～30%。
2.懸浮劑。采用粘土或膨潤(rùn)土，其加量為水泥混合物總重量的0.1～15%3.無(wú)機(jī)鹽及氫氧化物速凝劑?？捎昧蛩猁}、硝酸鹽、碳酸鹽、鹵化物或氫氧化物的一種或幾種組合，其加量占水泥混合物總重量的0～15%。
4.有機(jī)物緩凝劑。包括羧酸、羥基羧酸及其鹽類(lèi)、硅氟化物的一種或幾種組合，加入它可提高材料的泵送時(shí)間。其加量占水泥混合物總重量的0～3%。
5.工業(yè)廢料灰渣。包括電廠(chǎng)粉煤灰、沸騰爐灰渣、煙通灰、煤矸石以及其他種類(lèi)的礦渣。其加量占水泥混合物總重量的0～300%。
本發(fā)明由于使用硫鋁酸鹽水泥(或水泥熟料)代替原有制成工藝所需的大部分或全部的鋁酸鹽水泥，還可以加入工業(yè)廢料灰渣，顯著降低了成本，且制成工藝簡(jiǎn)單、原材料來(lái)源廣、易操作，強(qiáng)度性能好。利用灰渣還可以解決環(huán)境污染問(wèn)題。此外，這種材料漿體未與速凝劑混合時(shí)，不加緩凝劑，可泵時(shí)間可達(dá)4小時(shí)以上，比其他材料延長(zhǎng)了數(shù)倍，加長(zhǎng)了輸送距離。
本發(fā)明的實(shí)施方案如下1.采用硫鋁酸鹽水泥與硅酸鹽水泥、硫酸鈣配比(1).水泥混合物 320～400kg/m3
(2).懸浮劑18～24kg/m3(3).灰渣 500～700kg/m3(4).水 600～650kg/m3單軸抗壓強(qiáng)度(MPa)1天 3天 7天 28天3.2～4.8 4.2～6.3 5.4～6.8 6.9～9.22.采用硫鋁酸鹽水泥與鋁酸鹽水泥、硫酸鈣、氫氧化鈣配比(1).水泥混合物 280～360kg/m3
(2).懸浮劑 16～22kg/m3(3).速凝劑 0.6～1.2kg/m3(4).灰渣 400～600kg/m3(5).水 650～750kg/m3單軸抗壓強(qiáng)度(MPa)2小時(shí) 6小時(shí) 1天 3天0.5～0.8 1.1～2.4 2.5～4.8 3.6～5.37天 28天4.2～5.8 4.8～6.權(quán)利要求
1.一種用于井下充填和加固圍巖的且宜于泵送水泥混合材料，其特征是水泥混合物由硫鋁酸鹽水泥(或水泥熟料)、普通水泥或鋁酸鹽水泥、硫酸鈣、氧化鈣或氫氧化鈣組成，它們的重量比為100∶(5～100)∶(2～40)∶(0～30)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的水泥混合材料，其特征是加入了工業(yè)廢料灰渣，其加量占水泥混合物總重量的0～300%。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的水泥混合材料，其特征是加入了無(wú)機(jī)鹽及氫氧化物速凝劑，其加量占水泥混合物總重量的0～15%。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的水泥混合材料，其特征是加入了有機(jī)物緩凝劑，其加量占水泥混合物總重量的0～3%。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的水混混合材料，其特征是加入了有機(jī)物緩凝劑，其加量占水泥混合物總重量的0～3%。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的水泥混合材料，其特征是加入了懸浮劑，其加量占水泥混合物總重量的0.1～15%。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的水泥混合材料，其特征是加入了懸浮劑，其加量占水泥混合物總重量的0.1～15%。
8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的水泥混合材料，其特征是加入了懸浮劑，其加量占水泥混合物總重量的0.1～15%。
9.根據(jù)權(quán)利要求5所述的水泥混合材料，其特征是加入了懸浮劑，其加量占水泥混合物總重量的0.1～15%。
全文摘要
一種主要用于井下充填和加固圍巖的宜于泵送的新型水泥混合材料。該混合材料由于采用了低品位鋁礬土燒成的硫鋁酸鹽水泥(或水泥熟料)作為基材，代替原有制成工藝中所需的大部分或全部的高鋁水泥，使原材料成本大大降低，增加了原料來(lái)源且制成工藝簡(jiǎn)單、易操作、強(qiáng)度性能好。同時(shí)可以摻加工業(yè)廢料灰渣，以降低水泥用量和原材料成本，并解決環(huán)境污染問(wèn)題。
文檔編號(hào)E21B33/13GK1053468SQ9010031
公開(kāi)日1991年7月31日 申請(qǐng)日期1990年1月19日 優(yōu)先權(quán)日1990年1月19日
發(fā)明者周華強(qiáng), 侯朝炯, 易宏偉, 丁玉, 張連信 申請(qǐng)人:中國(guó)礦業(yè)大學(xué)