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技术与市场 赣豢瑷凌 新型化学灌浆材料概述 程家骥，沈 威 ( 中国矿业大学孙越崎学院，江苏徐州2 2 1 1 1 6 ) 摘要：由化学灌浆材料的发展历史引出化学灌浆材料现在的使用情况。并且介绍了几种现在在煤矿中广泛使用的化学 灌浆材料。通过对比的方式对其进行分析，针对现有化学灌浆材料的不足。提出了对于未来材料的展望，简要写出了一些 化学灌浆材料的发展趋势。 关键词：煤矿；化学灌浆；新型材料；趋势 d o i ：1 0 3 9 6 9 ， i s s n 1 0 0 6 8 5 5 4 2 0 1 1 0 5 0 0 2 0 引言 化学灌浆是个专业性很强的范畴，主要是指利用化学材 料配制成的真溶液为主体材料的灌浆方法，有渗透能力强、可 灌性好、材料性能广泛、适用性强、固化性能灵活可控等优点。 相比其他国家，我国在这方面的一些研究起步较晚，2 0 世纪5 0 年代初期才开始在煤矿竖井堵水、加固工程中使用灌浆技术。 5 眸来，我国在灌浆技术方面的研究和工程应用发展迅速、规 模较大。化学灌浆成为我国现代工程技术不可或缺的一个组成 部分。我国化学灌浆材料的种类基本与国外相同，而且我国还 在此基础上独创了弹性聚氨酯、甲氰凝和环氧一聚氨酯、丙烯 酸酯一聚氨酯等互穿网络灌浆材料。 灌浆技术也从最初的仅使用在地基处理和采矿业，慢慢的 发展到在国内水电( 大坝、堤防、水库、电站) 、建筑( 地上、地下、 人防) 、交通( 从路、铁路、隧道、桥梁、港口、机场) 和采矿等4 大行 业得到推广应用。比如：在三峡水利工程中利用化学灌浆技术 解决了许多工程难题，取得良好的效益。虽然化学灌浆在很多 行业都起到很大的作用，但在采矿业中的使用是最为典型的。 下面介绍几种在煤矿中得到广泛使用的化学灌浆材料。 1 煤矿化学灌浆材料 1 1 哈斯浮充填材料 哈斯浮是改性脲醛树脂固态泡沫材料，由两种组份组成高 分子液体浆液，组份A 为树脂溶液组份B 为固化剂溶液，A 、B 液都 是水基材料，黏度低，易于泵送，且易于充分混合。材料的反应为 吸热反应，反应后生成的泡沫体温度低于环境温度，且为不燃材 料，极大地增加了井下施工的安全性。可用于构筑密闭墙、工作 面冒落空洞充填、自燃煤层采空区灌浆防灭火等方面。此外，哈 斯浮材料有以下优点：( 1 ) 施工后的设备管路可以用水清洗，粘度 低，易于泵送。( 2 ) 材料的反应为吸热反应，反应后生成的泡沫体 温度低于环境温度，而且为不燃材料，特别适用于采空区注浆防 灭火。( 3 埘料的反应速度快，可在2 0 一5 0 s 内完全成型，有效减 少了在喷涂施工过程中的材料浪费。( 4 ) 喷涂施工时，通过调节 加气量可以调节泡沫体的密度。哈斯浮材料参数见表l 。 表1 哈斯浮充填材料物理力学性能 l 产品名称性能凝固时间 膨胀倍叫拉嚣茧度 粘结力 M P a l 哈斯浮 快速反应高 发泡倍数 2 0 83 0 0 2来测 1 2 波雷因岩层加固材料 波雷因是一种有机高分子双液型改性聚氨酯注浆材料，在 灌浆过程中的最高反应温度不超过1 2 0 ，通过加入高效抗氧 剂，将其反应生成物的抗氧化温度提高到1 3 5 左右，有效地解 决了聚氨酯类灌浆材料容易自燃的难题。波雷因产品由A 、B 两 种液体组份组成，施工时按1 ：l 的重量比充分混合后，其膨胀系 数为2 3 倍，如遇水则膨胀倍数可达1 5 ，注浆施工时浆液可产生 二次渗透压力，并能渗透至岩层深部微细裂隙内，可有效地对破 碎围岩进行加固。由于浆液反应后生成的泡沫体为闭孔结构， 透气性差，因此，波雷因材料也可对岩层透水进行有效封堵。此 外波雷因材料还有粘结性强、凝固时间可调、韧性较好的优点， 适用于控制较弱岩层及富水岩层。波雷因材料参数如表2 所示。 表2 波雷因材料的主要物理力学性能参数 产品特性 A 组份B 组份 外观 淡黄色或无色透明液体深褐色液体 粘度( 2 5 ) ，训P a s 1 0 0 2 0 0 2 0 0 3 0 0 比重( 2 5 ) k g m 2 1 0 2 0 1 012 3 0 l O 使用配比l ：0 l 开始反应时间( 2 5 ) 4 08 6 08 终止反应时间( 2 5 ) lm i n 一3m i n 膨胀系数2 3 单轴抗压强度( M P a ) 5 0 ( 发泡l 2 倍) 粘接强度( M P a ) 4 ( 发泡1 2 倍) 阻燃特性离火自熄 1 3 德克因岩层加固材料 德克因材料属于改性硅酸盐类注浆材料，它由A 、B 两种组 份组成，1 0 0 树脂含量，无任何挥发性有机成份，使用配比为 l ：l 。德克因材料具有粘度低、可灌性和渗透性强的明显优点。 其性能参数如表l 所示。双组份材料通过专用气动注浆泵和混 合枪，注入破碎煤岩体后迅速反应与煤岩体凝固生成高强度、 有韧性的周结体，从而达到对煤岩体的加固。 德克因材料参数如表3 所示。 1 4 塞瑞加固 塞瑞加固是专门设计应用于煤岩体加固的双组份注浆材 料。该产品具有高阻燃、高强度、高粘结力，以及反应温度低、 渗透性强等特点。采用气动泵和混合枪将A 组份和B 组份按l ：l 3 万方数据 塑鲞亟壅堡! 型竺生Q 垒! 垒竺坐墨壁! V 0 1 1 8 ，N o 5 ，2 0 l l 表3 德克因注浆料物理力学性能参数 产品特性外观 A 组份无色透明液体B 组份深褐色液体 2 5 时粘度( m P a s ) 1 0 0 2 0 02 0 0 一3 5 0 2 5 时比重( k g ，m 2 ) 1 50 0 0 l O12 5 0 1 0 使用配比1 ：0 l 初凝时间1 5s 一6 08 终凝时间2m i n 一5m i n 一 与水反应特性不与水反应 单轴抗压强度( M P a ) 4 0 粘接强度( M P a ) 4 的体积比进行混合注入煤岩，反应生成的高聚物与煤岩牢固结 合在一起，维持煤岩体结构的稳定性。该材料在神华宁夏煤业 集团公司乌兰煤矿的工程现场得到了应用。使用该产品的煤层 在钻孔瓦斯抽采浓度、平均瓦斯抽采浓度、煤层坚固系数等方 面都要优于其他一些灌浆材料。塞瑞加固的数据参数见表4 。 表4 塞瑞加固数据参数 混合体积比A ：B = l ：1 测试温度2 5 流动时间6 0 1 2 08 硬化时闻 1 5 0 2 1 0s 发泡倍数l 最高反应温度 一1 0 0 抗压强度 4 0 M P a 粘结强度 5 M P a 阻燃性能高阻燃离火自熄 系列新型矿用化学灌浆材料包括波雷因、德克因、哈斯浮 及配套工艺相关技术已在国内煤矿井下得到较广泛应用，为煤 矿井下松散破碎围岩加固、通风控制及注浆堵水等提供了新的 技术手段 并创造了显著的社会经济效益。基于赛瑞封孔剂和 与其配套的注浆器材提出的机械式新型带压注浆封孔工艺，操 作简单、封孔段长度长、封孔深度深、瓦斯抽采浓度高，已成功 应用于乌兰煤矿顺层和穿层钻孔的封孔瓦斯抽采，抽采浓度和 抽采寿命与传统封孔材料和工艺相比都得到显著提高。随着我 国西部大开发和一大批重点水利水电工程的建设，采用化学灌 浆技术，安全、快速、有效地处理各类地质灾害是一种行之有效 的方法，这些新型化学注浆材料和相关应用技术将得到不断发 展。 2 煤矿化学灌浆发展的方向 虽然现有的化学灌浆材料还有不少缺陷，但是具有广泛的 原料供应，无公害、耐久性好的特点，适应工程的各种苛亥0 要求 且价格低廉的化学灌浆浆材的开发、应用和推广。必然是煤矿 化学灌浆发展趋势。未来的化学灌浆材料应具备下面几个特 点： ( 1 ) 无公害。将现用浆材中已宣布禁用或限用的化合物停 用，寻找替代物并且积极研发无毒催化剂。 ( 2 ) 多样化。对工程地基微细裂隙、断层破碎带和泥化夹层 及混凝土微细裂隙的处理时，传统浆材不能更好地满足工程的 需要，所以需要高渗透性浆材、固化物适应较大变形的弹性浆 材和在水下黏接力强且能快速固化的浆材以适应工程各种苛 刻的要求。 ( 3 ) 耐久性。耐久性概念含意较广，它包括耐水、耐酸碱、耐 气候、耐紫外光、耐冻融和干湿循环、耐磨蚀、耐微生物作用( 霉) 等方面。我们可通过共聚合或互穿网络提高树脂性能，也可加 入钠米材料等对已有浆材改性来实现。 ( 4 ) 价低廉。重视水玻璃浆材的提高性能研究并加强纸浆 废液的无害化浆材开发。 3 结论 经过长时间的实践证明，化学灌浆材料的作用已经得到充 分的肯定，但也暴露出了不足之处。随着化学灌浆更加广泛的 使用，其需要完成的任务也会变得更多、更难，所以化学灌浆材 料的改进是非常迫切的，需要不断地开发、创新。 参考文献： 【1 】宋彦波，马念杰新型高聚物在煤矿生产中的应用技术叨 矿山压力与顶板管理2 0 0 4 ，2 1 ( 4 ) 【2 】盖相森煤矿化学灌浆技术新进田科技资讯，2 0 0 9 ，( 2 6 ) ： 2 7 2 8 【3 】煤炭科学研究院煤矿灌浆技术【M 】北京：煤炭工业出版 社 【4 】张云峰矿用封孔新材料及配套注浆设备的研制与应用 I _ D 】徐州：中国矿业大学2 0 0 9 【5 】葛家良化学灌浆技术的发展与展望叨岩石力学与工程学 报，2 0 0 6 ，( 2 2 ) ：33 8 4 33 9 2 作者简介： 。程家骥( 1 9 9 3 _ ) 。男山东济宁人，中国矿业大学孙越崎学 院本科在读。学习及研究方向为安全工程专业。现负责国家大 学生创新性实验计划一项( 项目名为：低反应热高阻燃封孔、加 固新材料研究。项目编号：1 0 1 0 2 9 0 3 6 ) 。 ( 上接第2 页) 【3 】朱近康扩展频谱通信及应用【M 】中国科技大学出版社 【4 】王兴亮，迭新字，等数字通信原理与技术【M 】西安电子科 技大学出版社 【5 】伯晓晨，李涛，刘路M a a b 工具箱应用指南瞰】北京：电子工 业出版社2 0 0 1 0 【5 】陈怀琛，吴大正，高西全M a n a b 及在电子信息课程中的应用 【M 】北京：电子工业出版社。2 0 0 4 【6 】肖国镇伪随机序列及其应用( 上册) 【M 】西北电讯工程学院 4 【刀樊昌信，等通信原理【M J 北京：国防工业出版社，2 0 0 0 【8 】曹志刚，钱亚生现代通信原理【M 】北京：清华大学出版社， 1 9 9 4 ：2 6 0 2 6 2 作者简介： 何诚。男四川平昌人。攻读西南交通大学模式识别与智能 控制专业硕士。研究方向：无线通信智能系统。 黄珊萍。女。四川成都人。攻读西南财经大学思想政治教育 专业硕士。研究方向：思想政治教育。 万方数据 新型化学灌浆材料概述新型化学灌浆材料概述 作者：程家骥， 沈威 作者单位：中国矿业大学孙越崎学院,江苏,徐州,221116 刊名： 技术与市场 英文刊名：TECHNOLOGY AND MARKET 年，卷(期)：2011,18(5) 被引用次数：2次 参考文献(5条)参考文献(5条) 1.宋彦波;马念杰 新型高聚物在煤矿生产中的应用技术期刊论文-矿山压力与顶板管理 2004(04) 2.盖相森 煤矿化学灌浆技术新进期刊论文-科技资讯 2009(26) 3.煤炭科学研究院 煤矿灌浆技术 4.张云峰 矿用封孔新材料及配套注浆设备的研制与应用 2009 5.葛家良 化学灌浆技术的发展与展望期刊论文-岩石力学与工程学报 2006(22) 本文读者也读过(5条)本文读者也读过(5条) 1. 肖田元 化学灌浆的应用与发展会议论文-2005 2. 魏涛.张杰.李珍 中国化学灌浆材料的现状以及与国外的差距会议论文-2005 3. 包银鸿 化