一种注浆用低析水率早强水泥浆液制造技术

本发明专利技术公开了一种注浆用低析水率早强水泥浆液。该煤炭井筒地面预注浆用稳定早强水泥浆液包括下组分，各组分按重量份计：硅酸盐水泥１００份、水８０～１２０份、悬浮剂１０～４０份、无机钠盐１份、有机醇类早强剂０．０３～０．１份。该水泥浆利用复合外加剂的物理化学作用，提高了水泥浆的悬浮稳定性和结石体的早期抗压强度；改善了浆液的流变特征，提高了浆液的动切力，实现了浆液扩散距离可控。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术是涉及煤炭井筒地面预注浆
所用的一种水泥浆，特别是一种注浆用低析水率早强水泥浆液，适用于基岩风化带和断层带的注浆加固及堵水。
技术介绍
煤矿井筒地面预注浆工程中，基岩风化带和断层破碎带需要注浆加固及堵水以改善其工程地质及水文地质条件，防止凿井中出现片帮和枬塌事故。水泥基浆液加固性能好，故地面预注浆工程中一直采用水泥浆作为基岩风化带和断层破碎带的注浆材料。目前煤炭井筒注浆深度大都已达到千米，为了保证浆液的可泵性和可注性， 一般采用高水灰比水泥浆注浆加固，高水灰比保证了浆液的可注性，但同时也给注浆施工带来了诸多不利影响。目前使用单液水泥浆在基岩风化带和断层破碎带注浆加固及堵水主要有两个困难断层阻水带吸浆量小，单液水泥桨悬浮稳定性差，在钻孔内沉降析水往往导致注浆失败；断层导水带和风化带吸浆量大，由于单液水泥浆的扩散距离不易控制，注浆过程中容易"跑浆"和"冒浆"，即使注入大量浆液也难以达到注浆结束标准，注浆效果很难保证。由此可见，单液水泥浆不是处理断层带和风化带的有效注桨材料，主要表现在浆液悬浮稳定性差，扩散距离不可控。近年来工程实践表明，单液水泥浆稳定性差、扩散距离不可控等弊端已成为制约深井注浆质量和注浆效率的一个重要因素。针对单液水泥浆存在的上述问题前人已采用了多种改性措施，但都是改进浆液的单方面性能， 一直没有研制出可综合调节单液水泥浆性能的复合外加剂。如掺入膨润土改善浆液的稳定性，但是膨润土显著降低了浆液流动性，浆液流动性和稳定性这一矛盾很难调节；同时浆液初凝时间长，浆液结石强度低、凝结硬化后体积干縮、耐久性差。如掺入氯化钠和三乙醇胺改善浆液的早期强度，但配制的浆液仍为不稳定浆液，抗水稀释能力差，注浆过程中浆液不是全断面推进充填裂 隙，而是依赖水泥颗粒的自然沉积以堵水，氯化钠和三乙醇胺很难发 挥作用，因此浆液的扩散距离仍不可控，早期强度改善也不明显。 随着井筒深度不断增加，断层带和风化带注浆加固及堵水也随之增 多。
技术实现思路
为了克服单液水泥浆悬浮稳定性差和扩散距离不可控的不足，本 专利技术提供了一种适应断层带和基岩风化带水文地质特征的复合水泥 浆液。该水泥浆利用复合外加剂的物理化学作用，提高了水泥浆的悬 浮稳定性和结石体的早期抗压强度；改善了浆液的流变特征，提高了 浆液的动切力，实现了浆液扩散距离可控。本专利技术所采用的技术方案是该注浆用低析水率早强水泥浆液包 括下组分，各组分按重量份计硅酸盐水泥100份、水80 120份、 悬浮剂10 40份、无机钠盐1份、有机醇类早强剂0.03 0. l份。所述的硅酸盐水泥为北京兴发水泥有限公司生产的425号普通 硅酸盐水泥。本专利技术所选择的悬浮剂是硅溶胶，硅溶胶属胶体溶液，分子式为 mSi02 *nH20。硅溶胶是由北京市红星广厦化工建材有限责任公司提供 的，型号为2030。硅溶胶水泥浆中掺入硅溶胶后会立刻与水泥水化 时产生的Ca(0H)2发生强烈反应，生成大量的硅酸钙并析出二氧化硅 胶体，由于胶体粒子微细(10-20nm)，有相当大的比表面积，其吸附 性强从而建立了一种絮凝结构，可显著改善了浆液的悬浮稳定性，水 灰比2时浆液析水率由58%降低到5%。所以，浆液在初期主要是硅溶 胶与氢氧化钙的反应起主要作用，对浆液流变性能影响也较大。所述的无机钠盐为碳酸钠。所述的有机醇类早强剂为多聚醇胺、三异丙醇胺或二乙醇胺，其 与碳酸钠形成复合早强剂，促进后期水泥水化。本专利技术的一个重要特征是悬浮剂与复合早强剂有很好的相容性， 前期硅溶胶快速建立了絮凝结构，保证了浆液的悬浮稳定性，提高了 浆液的抗水稀释能力，为复合早强剂发挥作用提供了结构基础。因此， 前期硅溶胶对水泥水化历程影响较大，复合早强剂主要是在后期促进4了水泥本身水化反应。总之，悬浮剂与复合早强剂共同作用显著影响 水泥的水化历程，进而改善了浆液的悬浮稳定性、流变性能及早期抗 压强度。本专利技术具有如下有益效果本专利技术的注浆用低析水率早强水泥浆 液液悬浮稳定性好、扩散距离可控、早期强度高，同时具有良好的流 动性。浆液在扩散中压力损耗大，扩散半径可有效控制，适用于构造 大裂隙和基岩风化带注浆加固及堵水。 具体实施例方式以下实施例分别从浆液基本物理力学性能、浆液水化历程、流变 性能说明浆液的优越性。使用lOOmL量筒测量浆液的析水率、维卡仪 测量浆液的凝结时间、水化热分析仪测量浆液的水化热温升曲线、 NXS-11A型旋转粘度计测量浆液的流变性能。实施例1、本实施例的煤炭井筒注浆用低析水率早强水泥浆液由下列组分 组成425号普通硅酸盐水泥100kg、水80kg、硅溶胶10kg、碳酸 钠lkg、 二乙醇胺0.03kg。本实施例的水泥浆液析水率为O，初凝时间为4.5h，终凝时间为 5.4h。为了进一步表征浆液的早强性能，测量了浆液结石体的小时抗压 强度。实验结果见表l。浆液早期抗压强度表 表1<table>table see original document page 5</column></row><table>由表l可以看出，浆液早期强度明显提高，在6h结石体抗压强 度即可达到0. 32MPa， 12h抗压强度达到3. 5MPa以上。外加剂的加入对水泥水化历程有明显影响，水泥水化放热量的多 少与水泥的水化程度有着必然联系。采用多通道高效自动水化热测定 仪，通过在线采集浆液的水化热温升曲线，分析复合外加剂对桨液水 化历程的影响。实验结果表明，三种外加剂复掺后，显著促进了浆液的水泥水化历程，复合后水化热曲线峰值出现时间显著提前，仅10.8h，水泥水 化峰值为43.5°C。受注岩体的地质情况是客观存在的，那么通过调整注浆材料的流 变性能来控制浆液的扩散距离是最有效的手段。应用成都仪器厂生产 的NXS-11A型旋转粘度计，系统地研究了浆液流型，测试结果见表2。 浆液流变试验数据表 表2转速 档读数/ 格转速 档读数/ 格7117.23. 1789. 761928.436. 8916.1172184.31310.215103151.8817. 5933195. 67510. 7831132.463. 5618. 387419.87. 38711.2371235.286. 2619. 97652110. 2211.9181339.2113.522.246623.415. 8913. 2801442.2147.623. 949725.221.5714. 3011548.6204.327. 581827.228. 3815. 436备注1) B系统对以上数据进行拟合，其流变方程为^ = 11.54 + 0.087^，相关系 统r=0.97086，得出浆液的初始动切力r。-11.54Pa，塑性粘度 ;;=87 mPa s 。实施例2、本实施例的煤炭井筒注浆用低析水率早强水泥浆液由下列组分 组成425号普通硅酸盐水泥100kg、水80kg、硅溶胶12kg、碳酸 钠lkg、三异丙醇胺0. 08kg。本实施例的水泥浆液析水率为0%,初凝时间为4. 3h，终凝时间6为5. 2h。为了进一步表征浆液的早强性能，测量了浆液结石体的小时抗压 强度。实验结果见表3。浆液早期抗压强度表 表3&l本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种注浆用低析水率早强水泥浆液，其特征在于：包括下组分，各组分按重量份计：硅酸盐水泥１００份、水８０～１２０份、悬浮剂１０～４０份、无机钠盐１份、有机醇类早强剂０．０３～０．１份。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：徐润，袁东锋，郑军，宋雪飞，王正胜，吴莹，籍晓龙，
申请(专利权)人：北京中煤矿山工程有限公司，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]