一种用于煤岩裂-孔隙固结的膏体速凝材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种用于煤岩裂

【技术实现步骤摘要】
一种用于煤岩裂
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孔隙固结的膏体速凝材料及其制备方法


[0001]本专利技术涉及一种用于煤岩裂
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孔隙固结的膏体速凝材料及其制备方法，属于煤岩封堵加固


技术介绍

[0002]煤炭作为能源消费结构中的主体，它的安全开采自始至终是本行业至关重要的一环。然而，开采过程中的扰动会影响巷道周边的围岩应力场，使煤岩体裂
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孔隙发育演化形成漏风输氧通道从而造成煤体氧化自燃导致矿井火灾甚至引发瓦斯爆炸，此外，围岩裂
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孔隙的发育会导致顶板强度急剧下降，易发生顶板冒落垮塌事故，尤其是针对部分富水区域或穿过水利设施的开采施工，裂
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孔隙的发育更易诱发渗水透水事故。因此，针对以上开采过程所存在的安全隐患，快速控制巷道围岩裂
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孔隙是从源头解决上述问题的关键点。
[0003]现阶段为解决上述存在的问题，国内外学者对此均研发出针对性注浆材料。如：在申请号为CN201510275845.6的专利技术专利中公开了一种在煤矿采空区注入高吸水材料为主加以发泡剂的防灭火材料，实现了火区密封隔氧灭火；在申请号为CN201110291952.X、CN201710280449.X、CN201910065503等专利技术专利中公开的以石膏、石灰、硫铝酸盐水泥为主要成分的高水速凝材料，此种材料很好的满足了采空区充填要求，并极大程度上节省了材料成本；在申请号为CN201210357602.3的专利技术专利中公开了一种以水、525水泥与XPM纳米灌注剂的注浆浆液，在钻孔施工工艺的配合使用下可以很好的加固顶板；在申请号为CN201210399737.6的专利技术专利中公开了一种以粉煤灰、硅酸盐水泥为主要成分的流动性能好、泌水率低的膏体充填材料。
[0004]根据上述的研究可以发现，目前针对煤矿开采过程中所遇到的煤自燃、塌顶垮帮以及渗水透水等问题，均是从它们单一特性出发，并以此进行材料的研发，而缺少从这些问题的共性出发，即上述这些问题从根本上都是由于各个位置存在裂隙导致的，裂隙的固结封堵为关键点，因此有必要从裂隙控制的角度出发，研制出一种既能满足浆体输送过程所需的泵送性能又可以达到凝结时间短、缩短施工工期的快强型凝固材料，从而实现对裂隙的固结封堵作用。

技术实现思路

[0005]针对上述现有技术存在的问题，本专利技术提供一种用于煤岩裂
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孔隙固结的膏体速凝材料及其制备方法，既能满足浆体输送过程所需的泵送性能又可以达到凝结时间短、缩短施工工期的快强型凝固材料，从而实现对裂隙的固结封堵作用。
[0006]为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：一种用于煤岩裂
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孔隙固结的膏体速凝材料，包括组分甲和组分乙两种原料，其组成配方分别为：
[0007]在组分甲中，各成分的质量份数为：稠化水溶液150～200份，水泥75～100份，胆矾2～5份，氧化石墨烯0.01～0.1份，膨胀剂2份～2.5份；
[0008]在组分乙中，各成分的质量份数为：碱性水溶液300～400份，生石灰110～120份，
二水石膏110～120份，元明粉2～5份，月桂醇硫酸酯钠1～3份；
[0009]所述组分甲和组分乙中的各个成分粒度均不低于1000目。
[0010]进一步，所述氧化石墨烯的粒度1500～3000目。
[0011]进一步，所述稠化水溶液使用的稠化剂为黄原胶、桃胶中的一种或两种混合制成。
[0012]进一步，所述水泥为硫铝酸盐水泥、铁铝酸盐水泥中的一种或几种。
[0013]进一步，所述膨胀剂为粒度1500～3000目的铁粉、铝粉、膨润土中的一种或几种混合制成。
[0014]进一步，所述碱性水溶液PH值为12.2～12.5之间。
[0015]一种用于煤岩裂
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孔隙封堵固结速凝材料的制备方法，具体步骤为：
[0016]①
制备组分乙：取所需份数的生石灰、二水石膏、元明粉、月桂醇硫酸酯钠、碱性水溶液依次加入烧杯A中，使用玻璃棒搅拌10min，静置备用，并插入温度计观察溶液的温度变化；
[0017]②
制备组分甲：取所需份数的氧化石墨烯、膨胀剂、稠化水溶液依次加入烧杯B中，使用玻璃棒搅拌2min后，加入所需份数的水泥搅拌10min，再加入所需份数的胆矾，搅拌2min，静置备用；
[0018]③
制备膏体速凝固结材料：待烧杯A中的溶液温度上升至40℃时，将烧杯B中的溶液加入烧杯A中，搅拌10min后形成膏体速凝固结材料的膏状浆体。
[0019]进一步，在制备过程中步骤
③
与步骤
②
之间的时间间隔不得超过3min。由于组分甲制备后比较短的时间内就会发生凝固效果，因此后续制备步骤在3min内能保证制成速凝固结材料的效果。
[0020]与现有技术相比，本专利技术在传统使用石膏、石灰与硅酸盐水泥的基础上，使用铝酸盐型水泥，并加以氧化石墨烯、胆矾与元明粉从而形成的用于煤岩裂
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孔隙封堵胶结的膏体速凝固结材料具有以下优势：
①
采用氧化石墨烯作为成核剂，氧化石墨烯的晶种效应可以增加成核面积，更容易促进水泥、石膏、石灰的水化产物沉淀，并且使用元明粉与碱性溶液有利于提高膏状浆体中SO
42—
、OH
—
浓度，进一步加快水化反应进程，此外，膏体的PH维持在PH值为12.2～12.5之间的碱性环境时能有效降低浆液粘度利于管道泵送；
②
使用的胆矾，其成分为CuSO4·
5H2O，当所处环境高于45℃时(即在制备过程中将组分甲加入组分乙时)，会失水吸热，避免浆液温度的持续升高，而膏体速凝固结材料的主要水化产物为钙矾石，其最佳生成温度为40～50℃，胆矾的加入可以维持环境处于钙矾石最佳生成温度，此外，钙矾石晶胞是由平行于C轴的[Al(OH)6]3‑
八面体链构成，周边与Ca
2+
多面体结合，而胆矾提供的Cu
2+
可以取代部分Ca
2+
，如图6所示，更易形成稳定的钙矾石衍生物和AFt晶体结构，另外，胆矾还可以提供部分SO
42
‑
有利于水化反应的持续进行。因此本专利技术具有水化反应温度低、凝结迅速、微膨胀、泵送性能好的优势，由于本专利技术制备的固结材料为膏状浆体，因此其具有较好的泵送性能，同时此膏体速凝固结材料在注入煤岩裂隙后，不受外力的情况下自身的流动性较低(膏状体相比于现有的液体注浆材料流动性很低)，在无外界干扰时能留在所需封堵的裂隙内容易堆积成型，从而可以减少注浆材料沿着裂隙随意流动而造成的注浆材料浪费，同时绿色环保无污染，可以很好的满足快速封堵固结裂隙的要求，适用于各种应急抢险救援的环境；
③
针对组分甲、组分乙的固体原料，粒度要求不低于1000目，可以使膏体速凝固结材料易于进入微小的裂
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孔隙本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于煤岩裂
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孔隙固结的膏体速凝材料，其特征在于，包括组分甲和组分乙两种原料，其组成配方分别为：在组分甲中，各成分的质量份数为：稠化水溶液150～200份，水泥75～100份，胆矾2～5份，氧化石墨烯0.01～0.1份，膨胀剂2份～2.5份；在组分乙中，各成分的质量份数为：碱性水溶液300～400份，生石灰110～120份，二水石膏110～120份，元明粉2～5份，月桂醇硫酸酯钠1～3份；所述组分甲和组分乙中的各个成分粒度均不低于1000目。2.根据权利要求1所述的一种用于煤岩裂
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孔隙固结的膏体速凝材料，其特征在于，所述氧化石墨烯的粒度1500～3000目。3.根据权利要求1所述的一种用于煤岩裂
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孔隙固结的膏体速凝材料，其特征在于，所述稠化水溶液使用的稠化剂为黄原胶、桃胶中的一种或两种混合制成。4.根据权利要求1所述的一种用于煤岩裂
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孔隙固结的膏体速凝材料，其特征在于，所述水泥为硫铝酸盐水泥、铁铝酸盐水泥中的一种或几种。5.根据权利要求1所述的一种用于煤岩裂
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孔隙固结的膏体速凝材料，其特征在于，所述膨胀剂为粒度1500～3000目的铁粉、铝粉...

【专利技术属性】
技术研发人员：鲁义，陈健，蔡新平，谷旺鑫，于顺才，丁仰卫，
申请(专利权)人：湖南科技大学，
类型：发明
国别省市：