煤矿注浆材料PPT课件.ppt

第五章煤矿生产新材料 配套教材 煤矿安全生产管理人员安全资格复训教材 主编 焦方杰陶勇书号 9787564622893中国矿业大学出版社出版 第三篇煤矿新技术 新工艺 新材料和新设备 第五章煤矿生产新材料第一节注浆材料第二节高水速凝材料第三节超高水充填材料 第一节注浆材料 第一节注浆材料 注浆是把适当的可以凝结的浆液注入裂隙含水岩层 混凝土或松散土层中 从而降低被注物的渗透性并提高其强度的方法 其实质是使浆液在被注载体中渗透 扩散 充塞 经一定时间后凝固和硬化 从而达到加固载体和抗渗防水的目的 注浆技术是岩土工程学的一个分支 属于地基处理的范畴 第一节注浆材料 注浆材料一般分为 水泥基注浆材料 化学注浆材料和水泥与化学复合注浆材料 第一节注浆材料 一 水泥基注浆材料不同的注浆工程对水泥基注浆材料有着不同的使用要求 但一种理想的水泥基注浆材料 应满足以下技术要求 1 稳定性好 注浆材料应在常温 常压下较长时间存放不改变其基本性质 浆液固化过程中不出现收缩现象 2 渗透性强 浆液的黏度低 流动性好 可注性强 在外力作用下能够渗透到地层的细小裂缝中 3 凝结时间可调 浆液的凝结时间在一定范围内可任意调整 并能准确控制 4 黏结性好 浆液固化后 能够与地层岩体等有一定的黏结强度 5 抗压强度高 结石体具有一定的抗压强度 6 耐侵蚀能力强 抗渗水 抗冲刷 耐老化性能好 能长期耐酸 碱 盐 微生物等腐蚀 且不受湿度 温度变化的影响 7 材料来源广泛 价格低廉 8 浆液配制方便 操作简单 第一节注浆材料 二 化学注浆材料化学注浆所使用的化学浆液一般是高分子材料 固结过程就是各组分材料小分子聚合成大分子的过程 与类似颗粒性的黏土 水泥注浆材料相区别 化学浆材是一种真溶液 黏度低 可注性好 能注0 1mm以上的缝隙 某些化学浆液凡是水能渗入的地方 它也能渗入 而黏土浆 水泥浆是粒状材料 其可注性明显地受到粒子尺寸的限制 第一节注浆材料 随着我国化学工业的发展 工程施工用化学浆液从其类型 品种及应用上都有了新的进展 近十几年来 为适应生产建设的需要 人们应用高分子化合物 合成树脂等化学浆液取得了一定成效 常见的化学注浆材料有水玻璃类注浆材料 丙烯酰胺类注浆材料 环氧树脂类注浆材料 甲基丙烯酸甲酯类注浆材料 脲醛树脂类注浆材料 丙烯酸盐类注浆材料 木质素类注浆材料 丙烯酸环氧树脂注浆材料 木胺注浆材料 聚酯注浆材料 酚醛注浆材料和聚氨酯类注浆材料 第一节注浆材料 三 化学注浆材料存在的问题现已开发利用的化学注浆材料品种较多 但是它们的性能也各不相同 有的材料固化后收缩 脆性大 固化时间长 有的对环境造成污染 如有毒性或刺激性气味对操作工人的健康有严重影响 有的易燃 有的成本高等 这些缺点限制了它们的应用 第一节注浆材料 在目前已有的化学注浆材料中 注浆材料性能一般仅部分地符合上述要求 到现在为止 可以说还没有一种浆液能完全满足上述各项要求 因此 应开发新型高性能化学注浆材料 尤其是目前广泛使用的聚氨酯类注浆材料 以满足不同要求的工程施工需要 第一节注浆材料 四 新型聚氨脂基化学注浆材料针对传统聚氨酯化学注浆存在的问题 在目前聚氨酯浆材基础上 研究人员开发了具有低成本 可注性好 高阻燃 绿色环保及力学性能佳等特点的新型聚氨酯注浆材料或有机 无机复合聚氨酯基化学注浆材料 对于解决目前工程注浆的实际问题具有重要的意义 第一节注浆材料 1 注浆材料的组成及物化性质 1 注浆材料的组成 2 注浆材料的物化性质 第一节注浆材料 五 聚氨酯 硅酸盐复合注浆材料1 复合浆材的组成聚氨酯 硅酸盐复合浆材的基本组成包括主剂 扩链剂 促进剂 乳化剂 主剂主要是异氰酸酯 聚醚和硅酸盐 扩链剂是含有两个或两个以上官能团 能与主剂形成聚合物的单体 促进剂能引发聚合反应并调节控制凝胶时间 乳化剂能分散溶液并增加溶液的均一性 第一节注浆材料 2 复合浆材的物化性质性质 浆液呈淡黄色 不含任何挥发性有机成分 具有黏度低 可注性和渗透性强的明显优点 A B组分混合均匀后 浆液会发生聚合反应生成凝胶 聚合反应过程中存在一个诱导期 诱导期内浆液的黏度基本保持不变 诱导期结束后 浆液的黏度迅速增大 瞬间失去流动性并形成凝胶 生成凝胶的时间长短与浆液量 促进剂和交联剂以及乳化剂的含量有关 根据不同的浆液配方设计 初凝时间和终凝时间可分别控制在15 90s和3 5min 阻燃性对煤矿化学注浆尤为重要 依据GB MT113 1995标准对复合浆材进行阻燃性能测试 测试结果表明复合浆材不能点燃或离火自熄 具有良好的阻燃性 第二节高水速凝材料 第二节高水速凝材料 高水速凝材料 指在水灰比大于或等于1 5 1的高水灰比条件下 能够快速凝结 全部固化的一类用于沿空留巷巷旁充填和围岩注浆工程的胶结材料 也叫高水充填材料 用途 高水速凝材料用于沿空留巷巷旁充填 充填体现场浇筑 充填体从煤层底板到顶板是一密实的整体 具有增阻速度快 支承能力大 密闭性能好 机械化程度高等一系列优点 是沿空留巷巷旁支护技术的发展方向之一 第二节高水速凝材料 我国高水速凝材料研究则开始于20世纪80年代末 1987年阳泉矿务局研制出一种与英国阿克派克相近的高水速凝材料 在水灰比1 8 1条件下 抗压强度4h为0 09MPa 28天为2 40MPa 中国矿业大学从1981年开始研究高水速凝材料巷旁充填技术 在国家 七五 科技攻关项目 灰渣应用于井下充填的研究 八五 科技攻关项目 沿空留巷机械化构筑护巷带技术 的支持下 开发成功ZKD型高水速凝材料 水灰比达到2 5 1 可以在20min内全部凝结成固体 最终抗压强度达到5 15MPa 第二节高水速凝材料 高水速凝材料除应用于沿空留巷巷旁充填工程之外 还可以用于巷道支架壁后充填 围岩注浆加固与防治水 防灭火注浆以及空巷 空洞充填等 不同类型工程对高水速凝材料强度要求不尽相同 一般沿空留巷巷旁充填对充填材料强度要求较高 巷道支架壁后充填 围岩注浆对充填材料强度要求较低 而防灭火注浆 空洞充填等对充填材料强度要求更低 通过调节高水速凝材料的水灰比 可以方便地满足不同充填或注浆工程的需要 第三节超高水充填材料 第三节超高水充填材料 超高水材料是针对矿井采空区充填而研发的一类材料 它所形成的固结体的水体积份额不小于95 具有早强快硬 初凝时间可在20 90min之间调节等特点 生成的固结体不收缩 体积应变小 在三向受力状态下有良好的不可压缩性 特别适合于矿井煤层开采后采空区潮湿 低温 封闭的环境 其中 固结体水体积份额为97 的材料最终强度可达0 66MPa 用该材料进行矿山开采充填可避免传统垮落法开采所造成的一系列问题 特别在释放 三下 呆滞压煤方面具有特别重要的意义 是未来充填开采的发展方向之一 第三节超高水充填材料 一 超高水充填材料的组成把水体积份额可在95 97 水灰比约6 5 1 11 1 之间或以上调整的水硬性材料称为超高水材料 该材料含等量A和B两种组分 分别与复合超缓凝剂AA及复合速凝剂BB形成单一浆体 可数小时乃至数十小时不凝结 当两种浆体混合后 可快速凝固 凝结时间可根据需要在20 90min内调节 第三节超高水充填材料 二 超高水充填材料的应用超高水材料的定义虽然定位于水体积份额 95 其水量较低时 91 最终强度仍然可以达到4MPa以上 且超高水材料的持水量可在90 97 的宽泛范围内调整 利用这一特点 可以适当调节材料的水灰比 制作成不同强度的凝固体 满足不同工程的需要 这为它的多样化应用奠定了基础 以下是其主要的利用方面 1 采空区充填 2 矿区防灭火 3