【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于建筑工程领域，特别是涉及一种纳米黏土注浆材料及其制备方法与应用。
技术介绍
1、随着煤炭需求量加大，煤矿开采将会逐步走向深度化，深井工程必将成为常态化开采趋势。与此同时，煤炭开采面临的地质条件，将会由简单的地质环境向复杂的环境不断发展，比如将面临地应力、高瓦斯和富水且侵蚀等环境，围岩稳定控制将面临更加复杂的难题。
2、巷道开挖后，围岩应力会重新分布，在高应力与采动等多重因素影响下，围岩会呈现各种裂隙，例如，大开度裂隙等，同时由于应力减弱会呈现大量开度较小的裂隙，这些裂隙中会有较多裂隙处于孤立状态，不互相贯通，造成注浆过程中围岩具有了比较差的渗透特征。同时围岩在应力作用下出现了结构层次演化，具体表现为巷道由外到内出现了明显的裂纹变化，即接近巷道处裂纹密而宽，继续往里呈现稀疏且窄的裂纹。围岩裂隙良好的注浆效果，能够保证破裂围岩紧密连接，提高其整体性能，把破碎围岩胶结成完整的整体，甚至恢复至原岩状态，确保其整体稳定特性。但是围岩在应力重分布情况下，造成围岩出现梯度破坏，裂隙发育不均匀，而传统的注浆材料由于颗粒较大，导致其可注性大幅度降低，许多小裂隙不能被浆液充填，势必造成围岩发生较大变形，影响矿井生产。而单一的锚杆、锚索等组合支护不能适用深部巷道的需求，常常会出现锚杆、锚索支护失效、锚网破损等现象，造成围岩支护失败，进而呈现出底鼓、顶板下沉等巷道严重变形问题，巷道维护成本明显提高，限制了矿井的高效开采。注浆加固能够改变围岩的特性，提高其稳定性。然而注浆材料极有可能面临目前复杂的地质条件，导致注浆结石体的性能发
技术实现思路
1、本专利技术的目的是提供一种纳米黏土注浆材料及其制备方法与应用，以解决上述现有技术存在的问题。本专利技术所提供的纳米黏土注浆材料既具备小粒径特性，同时也具备抵抗深部环境复杂环境的能力，主要包括离子侵蚀，具有很好的注浆加固性能，保证深部巷道围岩长期稳定性，首先将主料和辅助组分按预先设计的质量比于搅拌桶内均匀搅拌，待搅拌完成后，在搅拌桶内按要求加入一定量的水搅拌制成浆液状，用气动泵将搅拌桶内浆液注入深部围岩小裂隙年内，形成致密性较好的加固层。
2、本专利技术提供的技术方案之一：
3、一种纳米黏土注浆材料，制备原料包括主料、辅助成分和水；以质量份计，所述主料和辅助成分的总量和水的质量比为(0.8-1.2)∶1.0；所述主料包括硫铝酸盐水泥熟料80-85份、脱硫建筑石膏15-20份、生石灰2-5份；所述辅助成分包括：减水剂0.3-0.8份、缓凝剂0.3-1.0份、复合速凝剂0.5-1.2份、悬浮剂0.5-1.5份、纳米黏土0.01-0.05份。
4、进一步地，所述纳米黏土的粒径为500nm。
5、进一步地，所述纳米黏土为高岭石、蒙脱石和伊利石中的一种或几种。
6、优选的，以质量份计，所述主料和辅助成分的总量和水的质量比为(0.8-1.2)∶1.0；所述主料包括硫铝酸盐水泥熟料85份、脱硫建筑石膏10份、生石灰5份；所述辅助成分包括：减水剂0.5份、缓凝剂0.5份、复合速凝剂0.6份、悬浮剂0.5份、纳米黏土0.02份。
7、本专利技术通过加入减水剂增加浆液的流动性；通过加入缓凝剂控制浆液的终凝时间；复合速凝剂的主要通过控制浆液的初凝时间，达到注浆要求；悬浮剂能够减少泌水率；纳米黏土能够充分发挥纳米材料的高活性、小尺寸效应，激发水泥材料的水化反应，得出更优的注浆加固材料。
8、本专利技术提供的技术方案之二：
9、一种上述纳米黏土注浆材料的制备方法，按照质量份称取所有原料，将主料和除纳米黏土以外的辅助成分混匀，得到注浆材料；将纳米黏土和部分水混合，通过机械分散的方式得到纳米黏土溶液，将剩余水加入所述注浆材料，搅拌，加入所述纳米黏土溶液，混合搅拌，制成浆液状，得到所述用于充填围岩小裂隙开度的纳米黏土注浆材料。
10、优选的，所述部分水和剩余水的用量比为1∶4。
11、优选的，所述剩余水和注浆材料的搅拌时间为2-3min。
12、优选的，所述机械分散的时间为10min。
13、优选的，所述混合搅拌的时间为15min。
14、本专利技术提供的技术方案之三：
15、一种上述纳米黏土注浆材料在充填深部围岩小裂隙开度中的应用，用气动泵将所述纳米黏土注浆材料注入深部围岩小裂隙开度中，形成加固层。
16、本专利技术的有益效果：
17、本专利技术提出了一种用于充填围岩小裂隙开度的小粒径且抗离子侵蚀的纳米黏土注浆材料，早期强度大，流动度大，渗透性强，具有较好的可注性，且凝固时间可调，致密性好，不离析、不泌水、不收缩，结实率高等特性，尤其是纳米黏土的掺入，使注浆材料具备粒径小且抗复杂环境离子侵蚀的性能，施工方便且不受温度、湿度的影响。能够很好地完成深部巷道围岩稳定性控制，很好的充填围岩裂隙区的小裂隙，保证复杂环境下甚至富水离子侵蚀的情况下，巷道围岩具备持久稳定性，实现煤炭安全高效开采。
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1.一种纳米黏土注浆材料，其特征在于，制备原料包括主料、辅助成分和水；以质量份计，所述主料和辅助成分的总量和水的质量比为(0.8-1.2)∶1.0；所述主料包括硫铝酸盐水泥熟料80-85份、脱硫建筑石膏15-20份、生石灰2-5份；所述辅助成分包括减水剂0.3-0.8份、缓凝剂0.3-1.0份、复合速凝剂0.5-1.2份、悬浮剂0.5-1.5份、纳米黏土0.01-0.05份。
2.根据权利要求1所述的一种纳米黏土注浆材料，其特征在于，所述纳米黏土的粒径为500nm。
3.据权利要求1所述的一种纳米黏土注浆材料，其特征在于，所述纳米黏土为高岭石、蒙脱石、伊利石中的一种或几种。
4.根据权利要求1所述的一种纳米黏土注浆材料，其特征在于，以质量份计，所述主料和辅助成分的总量和水的质量比为(0.8-1.2)∶1.0；所述主料包括硫铝酸盐水泥熟料85份、脱硫建筑石膏10份、生石灰5份；所述辅助成分包括减水剂0.5份、缓凝剂0.5份、复合速凝剂0.6份、悬浮剂0.5份、纳米黏土0.02份。
5.一种权利要求1-4任一项所述的纳米黏土注浆材料的制
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述部分水和剩余水的用量比为1∶4。
7.一种权利要求1-4任一项所述的纳米黏土注浆材料在充填深部围岩小裂隙开度中的应用，其特征在于，用气动泵将所述纳米黏土注浆材料注入深部围岩小裂隙开度中，形成加固层。
...【技术特征摘要】
1.一种纳米黏土注浆材料，其特征在于，制备原料包括主料、辅助成分和水；以质量份计，所述主料和辅助成分的总量和水的质量比为(0.8-1.2)∶1.0；所述主料包括硫铝酸盐水泥熟料80-85份、脱硫建筑石膏15-20份、生石灰2-5份；所述辅助成分包括减水剂0.3-0.8份、缓凝剂0.3-1.0份、复合速凝剂0.5-1.2份、悬浮剂0.5-1.5份、纳米黏土0.01-0.05份。
2.根据权利要求1所述的一种纳米黏土注浆材料，其特征在于，所述纳米黏土的粒径为500nm。
3.据权利要求1所述的一种纳米黏土注浆材料，其特征在于，所述纳米黏土为高岭石、蒙脱石、伊利石中的一种或几种。
4.根据权利要求1所述的一种纳米黏土注浆材料，其特征在于，以质量份计，所述主料和辅助成分的总量和水的质量比为(0.8-1.2)∶1.0；所述主料包括硫铝酸盐水...
【专利技术属性】
技术研发人员：洪紫杰，左建平，李振华，李向上，贾丽杰，杜锋，杨雪林，徐平，曹正正，司凯，许磊，
申请(专利权)人：河南理工大学，
类型：发明
国别省市：
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