一种用于过断层破碎带超前预注浆的加固材料及加固方法技术

本发明专利技术公开了一种用于过断层破碎带超前预注浆的加固材料及加固方法，属于注浆加固材料技术领域，加固材料制备过程：混合二苯甲烷二异氰酸酯、环氧丙烷聚醚多元醇、三乙醇胺和1,4

【技术实现步骤摘要】
一种用于过断层破碎带超前预注浆的加固材料及加固方法


[0001]本专利技术属于注浆加固材料
，具体涉及一种用于过断层破碎带超前预注浆的加固材料及加固方法。

技术介绍

[0002]断层是采掘作业时常遇到的构造形式，在断层影响范围内煤岩体常表现有破碎、裂隙发育，采掘作业面过断层时容易诱发顶板冒落、煤壁片帮甚至支护体系失效、液压支架倾斜等问题，给采面回采安全带来威胁。
[0003]超前注浆加固是实现断层破碎带内煤岩体加固的主要技术措施，其中，水泥注浆材料是最为常见的注浆材料，水泥浆液具有结石强度高的优点，但是，水泥浆液凝固时间长，强度发展缓慢，颗粒较大，不适于细微裂缝灌浆。化学浆液具有渗透性强的优点，其中，聚氨酯注浆材料因具有固化时间快、渗透性好的特点，在注浆加固工程上应用广泛。
[0004]但是，聚氨酯注浆加固材料的耐水性和耐高温性能相较传统的水泥浆液而言较差，同时，聚氨酯注浆加固材料加固的结石体强度较差，如何将水泥浆液和聚氨酯注浆材料进行有机结合，具有切实的工程建设需求。
[0005]中国专利CN113683369B公开了一种动水环境下强渗透地层双液注浆新材料及其制备方法，该专利中的注浆新材料包括A液和B液，其中，A液为改性水泥浆液，B液为聚氨酯，使用时，通过双液注浆泵将A液和B液混合进行灌注，通过调控A液和B液的质量比，从而实现调控凝固时间的目的，然而，A液和B液的质量比的变化，同样造成复合注浆材料加固性能的变化，由于聚氨酯浆材凝固结石体的强度低于水泥结石体强度，复合注浆材料中聚氨酯浆料的掺量越大，加固结石体的抗压强度越低。
[0006]同时，用于过断层破碎带超前预注浆的加固方法也十分关键，由于煤矿的地质条件复杂断层多，经常遇到断层和破碎带等构造，并且受到地应力的影响，断层附近的煤体和岩体破碎，导致断层破碎带岩体稳定性差，孔壁在钻机扰动下极易发生坍塌和卡钻，因此不适宜长距离钻孔，传统的加固方法中通常采用全范围短距离密集布孔的方式进行注浆加固，这种布孔方式工作量大且注浆深度较浅，注浆效果有待提高。

技术实现思路

[0007]本专利技术开发了一种用于过断层破碎带超前预注浆的加固材料，用于平衡加固材料的凝固时间和凝固结石体的强度，更进一步地，本专利技术具体公开了相应的加固方法，旨在改进注浆工艺，通过将上述制备的加固材料与加固方法相结合，最终实现提高注浆效果的目的，综合而言，本专利技术提供了一种用于过断层破碎带超前预注浆的加固材料及加固方法。
[0008]本专利技术的目的是提供一种用于过断层破碎带超前预注浆的加固材料。
[0009]本专利技术的另一个目的是提供利用上述加固材料进行过断层破碎带加固的加固方法。
[0010]本专利技术的目的可以通过以下技术方案实现：
一种用于过断层破碎带超前预注浆的加固材料，由以下步骤制得：S1、将二苯甲烷二异氰酸酯和环氧丙烷聚醚多元醇均匀混合，向中搅拌加入三乙醇胺和1,4
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丁二醇，得到混合溶液；S2、向丙酮中加入混合溶液，升温搅拌，得到聚氨酯预聚体，向聚氨酯预聚体中搅拌加入改性缓凝剂和乳化剂，得到聚氨酯浆液；S3、将聚氨酯浆液和水泥浆液按照体积比3：4
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5搅拌混合，得到所述用于过断层破碎带超前预注浆的加固材料。
[0011]进一步地，所述改性缓凝剂由以下步骤制备：A1、向去离子水中加入4
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氨基苯磺酸钠和丙烯酰胺，搅拌混合后加入二甲基二烯丙基氯化铵，继续搅拌至固体完全溶解，向中加入NaOH溶液调节pH至3.5
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5.0，升温至85
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90℃，向中加入衣康酸，继续搅拌反应2
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4h，得到混合溶液；A2、向混合溶液中加入乙二胺四乙酸二钠和十六烷基三甲基氯化铵，搅拌至固体溶解，向中滴加质量分数为10%的过硫酸铵溶液和质量分数为50%的马来酸酐溶液，继续搅拌3h，冷却至室温，得到改性缓凝剂。
[0012]进一步地，所述去离子水、4
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氨基苯磺酸钠、丙烯酰胺、二甲基二烯丙基氯化铵、乙二胺四乙酸二钠、十六烷基三甲基氯化铵、过硫酸铵、马来酸酐的用量比为200mL：100g：80g：8g：0.5
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1.0g：1.0
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1.2g：1.2mL：35mL。
[0013]作为本专利技术的一种优选技术方案，所述一种用于过断层破碎带超前预注浆的加固方法，包括以下步骤：布孔：在待加固工作面上布置一排注孔，孔间距为1.8
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2.0m；一段钻孔：利用孔径为70
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75mm的取芯钻头钻设3
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4m裸孔，裸孔内安装孔口管，孔口管与孔壁空隙灌注聚氨酯浆液，待聚氨酯浆液凝固后，换用孔径为55
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60mm的取芯钻头钻设2
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3m的一段钻孔，退出钻头，进行一段注浆；一段注浆：启动注浆系统，向一段钻孔内注射一段加固材料，待浆液稳定，进行二段钻孔；二段钻孔：利用孔径为42
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45mm的取芯钻头钻设2m的二段钻孔，退出钻头，进行二段注浆；二段注浆：向二段钻孔内注射二段加固材料，待浆液稳定，退出钻头；回填封孔：二段注浆完毕后，将孔口管顶入钻孔内，向孔内注射水泥浆液，再回填砂土捣固密实。
[0014]进一步地，所述一段加固材料为聚氨酯浆液和水泥浆液按照体积比3：4搅拌混合。
[0015]进一步地，所述二段加固材料为聚氨酯浆液和水泥浆液按照体积比3：5搅拌混合。
[0016]本专利技术的有益效果：本专利技术通过调控聚氨酯浆液和水泥浆液用量比，使得加固材料获得最优的结石强度和渗透性能，然后，通过控制改性缓凝剂的用量，提高加固材料的凝结速率，最终实现提高综合加固性能的目的。
[0017]本专利技术在制备改性缓凝剂时，首先利用衣康酸中的双键与4
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氨基苯磺酸钠中的氨基进行反应，使得衣康酸中接入苯磺酸基，得到衣康酸衍生物，引入苯磺酸基能够提高缓凝剂在岩土和煤层中的渗透性能，然后，衣康酸衍生物、二甲基二烯丙基氯化铵和马来酸酐作
为聚合单体进行水溶液聚合反应，最终制备出改性缓凝剂，同时，本专利技术在制备改性缓凝剂时引入螯合剂乙二胺四乙酸二钠，乙二胺四乙酸二钠能够络合水泥浆液中的钙离子，乙二胺四乙酸二钠成为强化聚氨酯浆液和水泥浆液的“桥梁”，有助于提高聚氨酯浆液和水泥浆液的搅拌混合效率，最终实现提高固化材料结石强度的目的。
[0018]本专利技术的过断层破碎带超前预注浆的加固方法中，采用递进式分段注浆工艺进行注浆，首先，利于递进式分段注浆能够提高注浆深度，逐步钻孔后注浆，能够防止前段孔壁在钻机扰动下发生坍塌导致卡钻，然后，加固方法中利用本专利技术制备的加固材料进行分段注浆，由于本专利技术的加固材料为聚氨酯浆液和水泥浆液混合制备而成，相对于传统的速凝的化学浆料而言，本专利技术的加固材料的凝固时间可控，因此，通过控制聚氨酯浆液和水泥的混合比例，实现多段钻孔内加固材料的同步固化，防止由于分段造成不同固化速率的加固材料之间产本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于过断层破碎带超前预注浆的加固材料，其特征在于，由以下步骤制得：S1、将二苯甲烷二异氰酸酯和环氧丙烷聚醚多元醇均匀混合，向中搅拌加入三乙醇胺和1,4
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丁二醇，得到混合溶液；S2、向丙酮中加入混合溶液，升温搅拌，得到聚氨酯预聚体，向聚氨酯预聚体中搅拌加入改性缓凝剂和乳化剂，得到聚氨酯浆液；S3、将聚氨酯浆液和水泥浆液按照体积比3：4
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5搅拌混合，得到所述用于过断层破碎带超前预注浆的加固材料。2.根据权利要求1所述的一种用于过断层破碎带超前预注浆的加固材料，其特征在于，所述改性缓凝剂由以下步骤制备：A1、向去离子水中加入4
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氨基苯磺酸钠和丙烯酰胺，搅拌混合后加入二甲基二烯丙基氯化铵，继续搅拌至固体完全溶解，向中加入NaOH溶液调节pH至3.5
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5.0，升温至85
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90℃，向中加入衣康酸，继续搅拌反应2
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4h，得到混合溶液；A2、向混合溶液中加入乙二胺四乙酸二钠和十六烷基三甲基氯化铵，搅拌至固体溶解，向中滴加质量分数为10%的过硫酸铵溶液和质量分数为50%的马来酸酐溶液，继续搅拌3h，冷却至室温，得到改性缓凝剂。3.根据权利要求2所述的一种用于过断层破碎带超前预注浆的加固材料，其特征在于，所述去离子水、4
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氨基苯磺酸钠、丙烯酰胺、二甲基二烯丙基氯化铵、乙二胺四乙酸二钠、十六烷基三甲基氯化铵、过硫酸铵、马来酸酐的用量比为200mL：100g：...

【专利技术属性】
技术研发人员：莫维永，
申请(专利权)人：安徽佳泰矿业科技有限公司，
类型：发明
国别省市：